2.2.2动物细胞融合技术与单克隆抗体教学设计-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 教学分析 · 教学目标 1.理解动物细胞融合的原理，掌握单克隆抗体的制备流程及其在生物技术中的应用。（生命观念） 2.通过资料分析和问题探讨，归纳动物细胞融合技术和单克隆抗体制备的关键步骤及应用特点，培养批判性思维和逻辑推理能力。（科学思维） 3.深入理解单克隆抗体制备的实验流程，分析实验设计中的关键环节，提升科学探究能力。（科学思维、科学探究） 4.了解单克隆抗体在疾病诊断和治疗中的应用，引导学生主动关注生物技术对人类健康和社会发展的影响。（社会责任） · 教学重难点 重点:1.理解并应用动物细胞融合的原理和方法。 2.概述单克隆抗体的制备过程。 3.结合实际案例，分析单克隆抗体的特点及应用。 难点:理解单克隆抗体的制备原理，并能梳理其关键实验步骤。 · 教学方法 直观教学法、讲述法、启示法、讨论法等。 · 课时安排 2课时 · 教学准备 多媒体、白板、学案、PPT等。 教学设计 导入新课 想要制备大量特异性抗体，B淋巴细胞能产生特异性抗体但不能无限增殖，而癌细胞能大量增殖，但是没有产生抗体的能力。有没有一种方法能获得兼具两者功能的细胞？ (设计意图：通过情境导入，能够直观地引出动物细胞融合技术的核心概念——将B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合，形成兼具两者特性的杂交瘤细胞。这种设计帮助学生快速理解细胞融合技术的必要性和应用前景，激发学生的学习兴趣和探究欲望，同时引出本节课要解决的问题，效果较好。) 讲授新课 一、动物细胞融合技术 【师】呈现资料及提出问题。 资料1：科学家在培养动物细胞时加入失去活性的仙台病毒，发现能使两个动物细胞融合，产生具有两个核的细胞。研究表明，很多不同种的动物细胞都能进行融合，形成杂交细胞，如人—猴、人—鼠、鼠—兔、鼠—熊等。参考图示，回答下列问题。 用灭活病毒诱导动物细胞融合过程的示意图 （1）动物细胞融合和植物体细胞杂交技术的原理分别是什么？最终结果有什么不同？ （2）灭活病毒诱导动物细胞融合的原理是什么？ （3）为什么利用病毒诱导细胞融合前需要对病毒进行灭活处理？ （4）动物细胞融合中为什么不用两个而用多个细胞进行细胞间融合？ 【生】结合动物细胞融合的方式回答相关问题。 （1）动物细胞融合的原理是细胞膜具有流动性；植物体细胞杂交技术的原理是细胞膜具有流动性和植物细胞一般具有全能性；动物细胞融合技术最终得到的是杂交细胞，而植物体细胞杂交技术最终得到的是杂种植株。 （2）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。 （3）避免病毒感染细胞。病毒灭活处理是利用物理或化学手段使病毒失去感染能力，但不破坏它们的抗原结构。 （4）就目前常用的细胞融合方法来看，不管物理法、化学法，还是生物法，其融合率都不可能达到100%。仅用两个细胞融合，效率太低，不一定能得到融合细胞。　 【师】动物细胞融合技术的意义有哪些?请大家阅读教材后回答。 【生】动物细胞融合技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。人们可以按照预先的设计使不同细胞融合，至今，种间、属间、科间，甚至动物与植物之间的细胞融合都已经获得了成功。目前，这一技术已成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段，特别是利用动物细胞融合技术发展起来的杂交瘤技术，为制造单克隆抗体开辟了新途径。 评价设计： 我们前面学习了植物体细胞杂交技术，请同学们从原理、细胞融合前的准备、诱导手段、结果、意义等方面对植物体细胞杂交与动物细胞融合进行比较，完成下表。 比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞融合前的处理方法 诱导细胞融合的方法 结果 意义 评价标准：①知识准确性（50分）②表达完整性（20分）③逻辑清晰性（15分）④科学规范性（15分） 二、单克隆抗体及其应用 【师】活动一：生产针对新冠病毒的单克隆抗体 资料1：新型冠状病毒可通过表面的刺突蛋白(S蛋白)与人呼吸道黏膜上皮细胞的ACE2受体结合，侵入人体，引起肺炎。单克隆抗体可阻断病毒的黏附或入侵，有效降低肺炎的发病率。 资料2：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淋巴细胞中有这两种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。鼠骨髓瘤细胞中只有D途径，没有S途径，但它能不断分裂增殖，如果它的D途径被阻断的话，它会因不能合成DNA而死。 根据上述两个资料，回答下列问题。 （1）研制抗S蛋白单克隆抗体，需先给小鼠注射什么？目的是什么？ （2）B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经诱导融合后，培养基中共出现几种细胞？其中融合的细胞有几种？（若出现融合细胞，则只考虑两两细胞融合的情况。） （3）结合资料2分析，抗S蛋白单克隆抗体制备过程中，第一次筛选的目的是什么？方法是什么？ （4）抗S蛋白单克隆抗体制备过程中，第二次筛选的目的是什么？方法是什么？其原理是什么？ 【生】学生通过阅读和资料分析，回答相关问题，理解单克隆抗体的制备过程。 （1）S蛋白（刺突蛋白）。目的是能从该小鼠的脾中得到可以产生抗S蛋白抗体的B淋巴细胞。 （2）共有5种细胞。其中融合的细胞有3种。 （3）第一次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞；方法是用选择培养基进行筛选，培养基中加入氨基蝶呤。 （4）筛选出能分泌抗S蛋白抗体的杂交瘤细胞。方法是抗体检测。其原理是抗原—抗体的特异性结合。 【师】活动二：单克隆抗体的应用 资料3：用高效的细胞毒素类药物进行化疗可以有效杀伤肿瘤细胞，但细胞毒素没有特异性，在杀伤肿瘤细胞的同时还会对健康细胞造成伤害，这限制了它在临床上的应用。抗体—药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC通常由抗体、接头和药物（如细胞毒素）三部分组成。 （1）ADC的抗体和药物各具有什么作用？ （2）除了细胞毒素外，还有哪些物质理论上可以作为ADC偶联的药物？ （3）单克隆抗体诊断试剂盒和ADC在临床应用上各具有什么优势？你认为它们在临床应用上是否有局限性？ 【生】学生通过课本和资料分析，掌握单克隆抗体应用的相关知识。 （1）抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞；药物发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。 （2）①可以用放射性同位素标记单克隆抗体进行靶向放疗。 ②一些作用于细胞信号转导通路的药物可以通过阻断肿瘤细胞的信号通路来抑制其生长，理论上也可以将这些药物与单克隆抗体结合进行治疗。 （3）优势：单克隆抗体诊断试剂盒中的单克隆抗体只与特定的抗原反应，因此检测的特异性和灵敏度大大提高；ADC能够协同发挥抗体特异性识别的靶向作用和细胞毒素对肿瘤细胞的杀伤作用，因此它在临床上具有靶点清楚、毒副作用小等优点。 单克隆抗体的局限性：①检测范围有限：主要针对已知抗原或标志物进行检测，对于新出现的疾病或未知标志物的检测能力较弱。②假阳性/假阴性：如果样本处理不当或试剂质量不佳，可能会出现假阳性或假阴性结果。 ADC的局限性：①毒性问题：尽管ADC的毒性低于传统化疗，但仍可能产生严重的不良反应，如肝毒性、肺毒性等。②耐药性：部分患者可能出现耐药性，限制了ADC的长期应用。 评价设计： 根据学生拓展训练的作答情况及归纳总结表格的完成情况，通过学生互评、教师点评检测学生对单克隆抗体制备的掌握情况。 评价要素 等级A 等级B 等级C 学生互评 教师评价 内容要求 能正确分析各个选项并能准确分析两次筛选的原因和结果 能得出拓展训练准确答案并大致说出两次筛选的原因和结果 不能得出拓展训练准确答案、不能说出两次筛选的原因和结果 （设计意图：通过资料分析和教师讲授的方式详细分析单克隆抗体的制备步骤，包括细胞融合、筛选、培养等环节，帮助学生系统掌握单克隆抗体的生产原理。在单克隆抗体的应用中，借助资料让学生理解ADC的结构和作用机制，掌握其在肿瘤治疗中的优势，训练学生综合运用所学知识解决复杂问题的能力。） 评价反馈 完成学案中的当堂训练。 课堂小结 胃癌细胞表面的CLDN18.2蛋白是一种重要的肿瘤标志物，约40%的HER2阴性胃癌患者高表达该蛋白。因此，CLDN18.2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，公司计划开发一种新型单克隆抗体用于治疗胃癌。 请从动物细胞融合技术和单克隆抗体的角度，设计一个完整的研发流程。 （1）免疫小鼠 ①选择纯化的CLDN18.2蛋白作为免疫抗原。 ②将CLDN18.2蛋白多次注射到小鼠体内，间隔一定时间（如每两周一次），直至小鼠血清中产生较多的特异性抗体。 （2）细胞融合 ①B淋巴细胞获取：从小鼠脾脏中分离B淋巴细胞并培养。 ②骨髓瘤细胞准备：选择合适的骨髓瘤细胞系。 ③细胞融合：将B淋巴细胞与骨髓瘤细胞采用灭活病毒等方法诱导融合。 （3）筛选杂交瘤细胞 ①选择培养基：使用HAT培养基筛选杂交瘤细胞，未融合的细胞无法在该培养基中生长。 ②抗体检测：用96孔板培养和筛选出能分泌抗CLDN18.2抗体的杂交瘤细胞。 （4）克隆化培养与抗体生产。 （5）将单克隆抗体用于实验动物或者临床患者的靶向治疗，评估其疗效和安全性。 布置作业 完成学案中的核心素养专练。 教学反思 本节课教学目标明确，核心素养贯穿始终，本节课以核心素养为导向，设计了明确的教学目标，通过资料分析、问题探讨和实验设计等环节，有效培养了学生的科学思维和科学探究能力。教学方法多样，学生参与度高：通过设置资料分析、思考题、归纳总结和评价任务等多样化的教学环节，充分调动了学生的积极性和主动性。联系实际应用，增强社会责任感：在教学过程中，结合单克隆抗体在疾病诊断和治疗中的应用，引导学生思考生物技术对社会发展的贡献，增强了学生的社会责任感。 不足：部分教学内容难度较高，学生理解有困难：动物细胞融合的原理和单克隆抗体的制备过程较为复杂，部分学生在理解上存在困难。例如，对于灭活病毒诱导细胞融合的机制，以及杂交瘤细胞的筛选过程，学生在课堂上表现出理解不透彻的情况。时间分配不够合理，部分环节仓促：在教学过程中，时间分配不够均衡，导致部分环节时间紧张，影响了学生的深入思考和课堂互动。 板书设计 二　动物细胞融合技术与单克隆抗体 备课资源 一、动物细胞融合 1.杂交瘤细胞的筛选 在制备单克隆抗体的过程中，诱导B淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后，在培养体系中会存在多种细胞：未融合的亲本细胞、融合的具有同种核的细胞以及所需要的杂交瘤细胞。B淋巴细胞在体外培养条件下只能存活几天，而且它不可能无限增殖，因此不会影响杂交细胞的生长；但骨髓瘤细胞生长能力极强，增殖速度快，所以要筛选出杂交瘤细胞，就必须及时清除骨髓瘤细胞及骨髓瘤细胞自身融合的同种核细胞。 筛选杂交瘤细胞要使用特殊的培养基，一般用选择培养基（HAT）。HAT培养基根据细胞内次黄嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的生物合成途径设计。 哺乳动物细胞中合成DNA的途径有两条。一条是从头合成途径，简称D途径，该途径是指从氨基酸和其他小分子化合物合成核苷酸开始合成DNA的过程。在D途径中，叶酸及其衍生物是必不可少的，它们参与嘌呤环和嘧啶甲基的合成。HAT培养基中加入的氨基蝶呤是叶酸的拮抗剂，因此它可以阻断细胞利用D途径合成DNA。另一条是补救途径，需要次黄嘌呤—鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（HGPRT）和胸腺嘧啶核苷激酶（TK）的参与，这两种酶可以催化次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷分别产生肌苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸，它们可以用来合成DNA，简称S途径。 骨髓瘤细胞是经过人工筛选的基因缺陷型细胞，缺乏 HGPRT和TK。当它处于HAT培养基中时，它合成DNA的D途径被氨基蝶呤阻断；同时，它由于缺乏 HGPRT和TK，所以不能利用S途径合成DNA，会很快死亡。而杂交瘤细胞从B淋巴细胞中获得了 HGPRT和TK，可以利用补充在培养基中的次黄嘌呤和胸腺嘧啶核苷经过S途径来合成DNA，这样它就可以在HAT培养基中生存并增殖。 2.杂交瘤细胞的抗体检测及克隆化培养 用选择培养基（HAT）筛选出的杂交瘤细胞，大多数不能分泌抗体，仅有少数细胞能分泌所需的特异性抗体，因此需要将这些杂交瘤细胞挑选出来。如何挑选呢？可以根据抗原与抗体特异性结合的原理，运用酶免疫测定法（如常用的酶联免疫吸附试验）、免疫荧光技术、放射免疫测定法等检测各孔上清液中细胞分泌的抗体。一般在杂交细胞布满孔底1/10面积时进行检测。另外，新融合的杂交瘤细胞不稳定，容易失去分泌抗体的性质，所以一般需要进行多次检测以确保其稳定性。 当经过2~3次检测证实某个培养孔中存在特异性抗体时，就可以开始对杂交瘤细胞进行连续克隆化培养。克隆化培养是指由单个细胞分裂增殖获得细胞群的培养过程。常用的克隆化培养方法包括有限稀释法、软琼脂培养法等。下面以有限稀释法为例进行简要说明。 将处于对数生长期的杂交瘤细胞用培养液充分稀释，使分配到96孔细胞培养板每个孔中的细胞数不超过1，然后通过培养让其大量增殖。一般培养4~5天后，如果在倒置显微镜下观察到紧密生长的细胞，就可认为这是单一克隆。经过一次克隆化培养的细胞不能保证其来自单个细胞，一般经过3~4次培养才可以获得稳定的单克隆抗体。这时候，如果再次检测抗体为阳性，就可以进行大规模生产。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$