2.2.2动物细胞融合技术与单克隆抗体导学案-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章　细胞工程 第2节　动物细胞工程 二 动物细胞融合技术与单克隆抗体 学习目标 1.通过问题探讨，阐明动物细胞融合技术的概念和生物学原理，举例说明诱导动物细胞融合常用的技术方法。（科学探究、生命观念） 2.建构单克隆抗体制备的基本流程图，阐释单克隆抗体制备流程。（生命观念、科学思维） 3.通过分析单克隆抗体的特点，认同单克隆抗体在临床上的重要应用价值。（科学思维、社会责任） 自主预习 一、动物细胞融合技术 1.概念：_________或_________动物细胞结合形成一个细胞的过程，也称细胞杂交。 2.结果：形成的杂交细胞具有_____________________________________。 3.不同动物细胞之间能够有机融合成一个单核细胞利用了生物膜的哪一特性？ 4.诱导动物细胞融合常用的方法有_______________、____________、灭活病毒诱导法等。其中，灭活病毒诱导细胞融合的原理是什么？ 5.动物细胞融合技术和传统的有性生殖的相同点是：融合后的细胞含有____________的遗传物质，不同点是动物细胞融合突破了___________________________________，因此这一技术已经成为____________________________________________________的重要手段，特别是利用动物细胞融合技术发展起来的____________技术，为制造_______________开辟了新途径。 二、单克隆抗体及其应用 1.正常情况下，动物体内的抗体是由__________细胞产生的，且一个该种细胞只分泌______抗体，抗体的化学本质是__________，主要存在于动物_________________中。 2.传统抗体制备的方法和特点分别是什么？ 3.单克隆抗体制备技术是由___________________两位科学家在前人工作的基础上设计完成的，他们利用了_____________细胞与__________融合，使得融合的细胞具有了_______ ________________________的能力。由于这一贡献，获得了1984年的诺贝尔生理学或医学奖。 4.与传统方法制备的抗体相比，单克隆抗体的优势是_____________________________， 因此被广泛用作______________________。此外，单克隆抗体还可以__________和直接用于____________。 课堂探究 探究一、动物细胞融合技术 自主学习教材第48页“动物细胞融合技术”相关内容，结合动物细胞融合流程图回答问题。筛选 A细胞 B细胞 加入灭活病毒混合培养 A细胞群 B细胞群 X细胞群 克隆化培养 杂交细胞 1.融合之前为什么要先对目标细胞克隆化培养？ 2.动物细胞诱导融合常用的方法有哪些？ 3.在利用病毒诱导细胞融合时为什么要先灭活？灭活病毒诱导动物细胞融合的原理是什么？ 4.诱导融合后的细胞为什么还要经过筛选？ 5.科学实验发现，某些动物细胞融合形成杂交细胞后，虽然杂交细胞含有了两亲本细胞的遗传物质，但是却并未表现出预期的融合性状，试根据所学知识分析可能的原因。 【拓展应用】请结合动物细胞融合和植物体细胞杂交的相关知识完成下表。 比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜流动性 植物细胞的全能性 细胞融合前的处理方法 用____________去除细胞壁，获得__________。 目标细胞的扩大化培养 诱导细胞融合的方法 结果 形成杂种植株 意义 突破了___________，实现了远缘杂交育种，在_____________展现出独特优势。 探究二、单克隆抗体及其应用 请阅读教材第48~49页“单克隆抗体及其应用”及图2-16相关内容，思考并回答下列问题。 1.传统的给实验动物反复注射某种抗原后从血清中分离制得的抗体为什么纯度低、特异性差？ 2.米尔斯坦和科勒在制备单克隆抗体的过程中，向实验小鼠注射特定抗原后能否立即从其体内获取B淋巴细胞，为什么？ 3.米尔斯坦和科勒在制备单克隆抗体的过程中，向实验小鼠注射特定抗原时往往需要间隔一定时间多次注射，其原因是什么？ 4.请结合教材图2-16“单克隆抗体制备过程示意图”和资料1、2、3，设计从融合细胞体系中筛选能产生所需特异性抗体的杂交瘤细胞的实验方案。 资料1：克隆选择学说认为：免疫系统中的B细胞和T细胞表面的特异性受体具有独特的抗原结合位点。当某一B细胞或T细胞的受体与抗原匹配时，该细胞会被激活。激活的细胞通过克隆扩增，产生大量具有相同抗原特异性的细胞。激活的B细胞分化为浆细胞，分泌大量特异性抗体。激活的T细胞分化为效应T细胞，直接攻击被感染的细胞或辅助其他免疫细胞。部分激活的B细胞和T细胞分化为记忆细胞，长期留存在体内。当再次遇到相同抗原时，记忆细胞能迅速启动更强的免疫反应。 资料2：多孔板培养法是将培养中的动物细胞稀释后，制成细胞悬液，接种到96孔板中，保证每个孔中的细胞能够独立生长和增殖。将96孔板放在CO2培养箱中培养，定期收集上清液用于特定分泌物检测，将检测呈阳性的孔内的细胞保留，并用培养液稀释至每孔约1个细胞，然后接种到新96孔板后继续进行上述操作，即可实现所需细胞的选择纯化和扩大化培养。 资料3：研究表明，细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。免疫的B淋巴细胞有这两种DNA的合成途径，但它不能分裂增殖，其本身也不能在体外长期存活。小鼠骨髓瘤细胞只有D途径，没有S途径，但它能不断分裂增殖，如果它的D途径被阻断，则会因不能合成DNA而死亡。 【拓展应用】请结合单克隆抗体生产制备流程分析，与传统抗体相比单克隆抗体的优势特点有哪些？结合课前资料搜集的相关内容，整理单克隆抗体这些优势使其在医疗领域有哪些独特的应用优势？ 当堂训练 1.2018年，癌症治疗的新方案“免疫检查点疗法”获诺贝尔生理学或医学奖。下图是利用该机制制备相应单克隆抗体的过程，下列说法错误的是(　　) A.A细胞可以产生针对PD－1或PD－L1的抗体 B.若只考虑两两融合细胞，细胞C可有5种类型 C.细胞D既能大量繁殖，又能产生单一的抗体 D.过程①可以体现细胞膜的结构特点 2.动物细胞融合是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。下列关于动物细胞融合的叙述，错误的是( ) A.单克隆抗体制备过程中需要进行动物细胞融合 B.动物细胞融合的原理与植物体细胞杂交的原理不完全相同 C.两个单倍体细胞融合后形成的细胞中含有2个染色体组 D.若将两种细胞置于培养基中进行两两细胞融合，则共有3种融合类型 3.(不定项)研究发现许多类型的肿瘤细胞会被巨噬细胞吞噬和摧毁，但CD47高表达的肿瘤细胞能通过与巨噬细胞表面的SIRPα（信号调节蛋白）相互作用，使肿瘤细胞逃避吞噬清除。神经细胞也会表达SIRPα，研究者将含有表达CD47的非肿瘤细胞的培养液均分成两组，一组加入不同浓度的抗CD47单克隆抗体，另一组加入不同浓度的无关单克隆抗体，然后两组都加入等量的荧光标记的 SIRPα，检测细胞表面的荧光强度，结果如下图所示。下列相关分析错误的是( ) A.抗CD47单克隆抗体对肿瘤的治疗效果存在剂量依赖效应 B.研发抑制 CD47基因表达的靶向药物可为肿瘤治疗提供新思路 C.抗SIRPα的靶向药物对肿瘤有一定疗效，但同时也可能会引起神经毒性 D.肿瘤细胞的CD47与巨噬细胞表面的SIRPα相互作用，降低了机体免疫防御能力 4.为研制抗病毒A的单克隆抗体，某同学以小鼠甲为实验材料设计了以下实验流程。 请据图回答下列问题。 (1)上述实验前必须给小鼠甲注射病毒A，该处理的目的是_____________________。 (2)写出以小鼠甲的脾为材料制备单细胞悬液的主要实验步骤：_______________ ______________________________________________。 (3)为了得到能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞，需要进行筛选。图中筛选1所采用的培养基属于_____________________，使用该培养基进行细胞培养的结果是_______ ___________________。图中筛选2包含多次筛选过程，筛选所依据的基本原理是__________ ________________________________________________。 (4)若要使能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞大量增殖，可采用的方法有哪些？（答出2点即可） 【课堂小结】研究发现磷脂酰肌醇蛋白聚糖-3（GPC3）是一种细胞膜相关蛋白，其在肝癌细胞中高表达，而在正常肝组织中几乎不表达。因此，GPC3是单克隆抗体的理想靶点。假设你是一家生物制药公司的研发人员，请结合本节课的学习内容，帮助公司设计开发一种新型单克隆抗体用于治疗肝癌。（要求尽可能完整的阐释研发流程） 参考答案 · 自主预习 一、动物细胞融合技术 1.两个 多个 2.原来两个或多个细胞的遗传信息 3.生物膜的流动性 4.PEG融合法 电融合法 灭活病毒诱导细胞融合的原理是：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用。使细胞互相凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 5.融合前不同细胞 有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能 研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等 杂交瘤 单克隆抗体 二、单克隆抗体及其应用 1.B淋巴细胞 一种 蛋白质 血浆 2.传统制备抗体的方法是：向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需抗体。该种方法制备的抗体不仅产量低、纯度低，而且特异性差。 3.英国科学家米尔斯坦和德国科学家科勒 已免疫的B淋巴 骨髓瘤细胞 既能大量增殖，又能产生特异性抗体 4.能准确地识别抗原的细微差异（特异性强），并可以大量制备 诊断试剂 运载药物 治疗疾病 · 课堂探究 探究一、动物细胞融合 1.由于诱导融合的成功概率不是100%，因此往往需要在诱导融合前先通过克隆化培养获取更多的细胞，以保证融合后能够获得所需要的细胞。 2.PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法 3.灭活的目的是使病毒失去感染能力，以防止病毒对细胞造成损伤。灭活病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用，使细胞相互凝聚，细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。 4.诱导融合过程中为保证融合的成功率，往往采用克隆化培养的细胞群混合培养的方式诱导融合，该过程中会发生同种细胞以及不同种细胞相互融合和的现象，因此诱导融合培养液中会存在融合未成功的细胞、同种细胞融合的细胞和杂交细胞等多种细胞，所以融合后的细胞还要经过筛选。 5.不同生物细胞中基因的表达不是孤立的，它们之间是相互调控、相互影响的，因此，杂交细胞中虽然含有了两种细胞的遗传物质，但这些遗传物质的表达相互干扰，不能像原有细胞那样有序表达，杂交细胞也就不能同时表现出预期的融合性状。 【拓展应用】 比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜流动性、植物细胞的全能性 细胞膜流动性 细胞融合前的处理方法 用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得原生质体。 目标细胞的扩大化培养 诱导细胞融合的方法 电融合法、离心法、聚乙二醇（PEG）融合法、高Ca2+—高pH融合法 PEG融合法、电融合法、 灭活病毒诱导法 结果 形成杂种植株 形成杂交细胞 意义 突破了生殖隔离，实现了远缘杂交育种，在培育植物新品种方面展现出独特优势。 突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。 探究二、单克隆抗体及其应用 1.传统抗体制备主要通过反复注射特定抗原，从实验动物血清中分离抗体。该方法分离的抗体是从蛋白质种类极为复杂多样的血清中分离提纯得到的抗体，由于受到分离技术条件的限制，得到的抗体产量低、纯度低、特异性也较差。 2.不能，给小鼠注射抗原的目的是刺激小鼠的免疫系统，使其形成能分泌特异性抗体的B淋巴细胞，这需要一定的时间，因此注射抗原后不能立即从其体内获取B淋巴细胞。 3.根据免疫学的相关知识，间隔一定时间再次注射同种抗原会引发二次免疫反应，产生的B淋巴细胞和抗体会更快更多，更有利于从小鼠体内获得所需的B淋巴细胞。 4.将诱导融合后的细胞用含有氨基蝶呤的培养液稀释，然后置于96孔培养板中培养，一段时间后，用相应的抗原检测，将检测呈阳性的孔中细胞保留，并继续用培养液稀释至每个培养孔中至多有一个细胞，然后继续置于96孔培养板中培养一段时间后，用相应的抗原检测，将检测呈阳性的孔中细胞即为所需的杂交瘤细胞。 【拓展应用】与传统抗体相比，单克隆抗体具有可大量制备、纯度高、特异性强等优势。因此在临床上中可以利用其特异性强，能识别抗原的细微差异的特点来进行特定抗原检测；可以利用其具有凝集抗原，避免其对机体损伤并可大量制备的特点，直接应用于临床治疗疾病；可以运用其能识别特定病变细胞表面的抗原并与之结合的特点，定向运载特定药物作用于病变细胞以减少对周围正常细胞的损害（ADC）等。 · 当堂训练 1.【答案】B 【解析】植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性、植物细胞的全能性，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性；动物细胞融合常用的方法有PEG融合法、灭活病毒诱导法、电融合法等，其中灭活病毒诱导法是其特有的诱导方法，而PEG融合法、电融合法也可用于诱导植物体细胞杂交。 2．【答案】C 【解析】制备单克隆抗体需要将骨髓瘤细胞与B淋巴细胞融合，A正确。动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性，结果是形成杂交细胞；植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性和细胞的全能性，结果是形成杂种植株，B正确。两个单倍体细胞融合，形成的细胞中染色体组数目有如下两种情况：一是两个单倍体细胞均只含一个染色体组，且来源不同，细胞中的染色体组成也不同→融合后细胞中没有同源染色体，属于异源二倍体，含有2个染色体组；二是两个单倍体细胞均含多个染色体组或一个单倍体细胞含1个染色体组，另一个单倍体细胞含多个染色体组→融合后细胞中含有多个染色体组，而不是2个染色体组，C错误。若将两种细胞（假设为A型、B型）置于培养基中进行两两细胞融合，会出现AA型、BB型、AB型3种类型的融合细胞，D正确。 3【答案】D 【解析】可通过抑制肿瘤细胞过度表达CD47基因，避免其逃避巨噬细胞的吞噬清除而起到治疗作用，B正确；根据题干信息“神经细胞也会表达SIRPα”可知，抗SIRPα 的靶向药物治疗肿瘤的同时，也可能会引起神经毒性，C正确；肿瘤细胞的CD47与SIRPα相互作用，降低了机体免疫监视能力，D错误。 4.【答案】(1)诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞 (2)取小鼠甲脾剪碎，用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞，加入培养液制成单细胞悬液 (3)选择培养基 只有杂交瘤细胞能够生存 抗原与抗体的结合具有特异性 (4)将杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖；将杂交瘤细胞在体外培养 【解析】由题图可知，筛选1指用选择培养基筛选出杂交瘤细胞，筛选2指进行克隆化培养和单一抗体检测，筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞。(1)实验前给小鼠甲注射病毒A，是为了诱导小鼠甲产生能够分泌抗病毒A抗体的B淋巴细胞。(2)取小鼠甲的脾，剪碎组织，用胰蛋白酶处理获得单个细胞，加入培养液可以制成单细胞悬液。(3)题图中筛选1需要用到选择培养基，只有杂交瘤细胞可以存活。筛选2是为了获得能产生特定抗体的杂交瘤细胞，该过程要用到抗原—抗体杂交技术，故筛选所依据的原理是抗原与抗体的结合具有特异性。(4)获得能产生抗病毒A的单克隆抗体的杂交瘤细胞后，可以在体外培养液中进行培养，或注射到小鼠腹腔中进行培养，使杂交瘤细胞大量增殖。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$