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

第2节　二 动物细胞融合技术与单克隆抗体 第2章 细胞工程 生物 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） 课堂导入 资料1.AIDS、新型冠病毒抗原检测试剂盒及其检测原理：众所周知，正常情况下人体感染某种病毒以后，机体免疫系统会对该病毒作出识别，并反应性产生抗体，之后抗体可进一步与病毒抗原发生特异性结合，这种特异性结合在体外也可发生。AIDS、新型冠状病毒抗原检测试剂盒就是利用了抗体与抗原能发生特异性结合的原理来捕获特定抗原，进而初步判断有无新型冠状病毒感染，操作相对简单便捷，适合居家自测。 资料2.利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。科学研究发现，将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合，形成的抗体—药物偶联物（ADC）可有效实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。 课堂导入 医疗领域价值独特 如何获得针对某种抗原的特异性抗体？ 体内抗体分泌路径 温故而知新： 传统抗体制备方法 反复注射同种抗原 动物血清中特异性抗体多达上百万种！！ 产量低、纯度低、特异性差！ 每种B淋巴细胞只产生一种特异性抗体 可否通过体外培养单个B淋巴细胞来制备高纯度抗体 高度分化的B淋巴细胞难以在体外增殖！ 动物细胞融合技术 19世纪30年代，科学家们相继在肺结核、天花、水痘、麻疹等疾病患者的病理组织中观察到多核细胞。1958年日本学者冈田(Okada)发现仙台病毒具有诱导动物细胞融合的效应。1962年，日本科学家发现日本血凝性病毒能引起艾氏腹水瘤细胞融合成多核细胞。1965年，英国科学家进一步证实了灭活的病毒在适当条件下也可以诱导动物细胞融合。 启示 植物体细胞杂交技术 探究一、动物细胞融合技术 阅读教材第48页“动物细胞融合技术”内容，结合动物细胞融合流程图回答问题。 1.融合之前为什么要先对目标细胞进行克隆化培养？ 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。 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 探究一、动物细胞融合技术 阅读教材第48页“动物细胞融合技术”内容，结合动物细胞融合流程图回答问题。 1.融合之前为什么要先对目标细胞克隆化培养？ 由于诱导融合的成功率无法达到100%，因此往往需要在诱导融合前通过克隆化培养获得更多的细胞，以保证融合后能够获得所需要的细胞。 2.动物细胞诱导融合常用的方法有哪些？ PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法 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 探究一、动物细胞融合技术 阅读教材第48页“动物细胞融合技术”内容，结合动物细胞融合流程图回答问题。 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？ 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。 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 探究一、动物细胞融合技术 阅读教材第48页“动物细胞融合技术”内容，结合动物细胞融合流程图回答问题。 4.诱导融合后的细胞为什么还要经过筛选？ 为保证诱导融合的成功率，往往采用将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，因此诱导融合的培养液中会存在未融合的亲本细胞、融合的具有同种核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。 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 探究一、动物细胞融合技术 阅读教材第48页“动物细胞融合技术”内容，结合动物细胞融合流程图回答问题。 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。 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亲本细胞的遗传物质，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。 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 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 【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。 纤维素酶和果胶酶 细胞膜的流动性 原生质体 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 形成杂交细胞 生殖隔离 培育植物新品种方面 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 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其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，向实验小鼠体内注射特定抗原后，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，向实验小鼠体内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.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。 探究二：单克隆抗体及其应用 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其血清中分离制得的抗体为什么纯度低、特异性差？ 传统抗体制备主要通过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。该方法是将所需抗体从蛋白质种类极为复杂多样的血清中分离、提纯，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。 探究二：单克隆抗体及其应用 2.米尔斯坦和科勒在制备单克隆抗体的过程中，向实验小鼠体内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，向实验小鼠体内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？ 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多，更有利于从小鼠体内获得所需的B淋巴细胞。 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，该过程需要一定的时间，因此注射抗原后不能立即从其体内获取B淋巴细胞。 探究二：单克隆抗体及其应用 4.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。 探究二：单克隆抗体及其应用 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。 4.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。 探究二：单克隆抗体及其应用 4.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。 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的细胞保留，并用培养液稀释至每个培养孔中至多有一个细胞，继续培养一段时间后，用相应的抗原检测，检测呈阳性的孔中的细胞即为所需的杂交瘤细胞。 为了获得产生特定抗体的B细胞 免疫的B淋巴细胞： 骨髓瘤细胞： 杂交瘤细胞： 既能迅速大量增殖，又能产生专一抗体 能产生抗体，但不能大量增殖 不能产生抗体，但能大量增殖 探究二：单克隆抗体及其应用 产生所需抗体 抗原抗体反应阳性的杂交瘤细胞： 既能迅速大量增殖，又能产生针对特定抗原的专一性抗体。 【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？ 特异性强：可识别抗原细微差异 临床病原体检测 可大量制备、能凝集抗原 临床治疗疾病 可特异性识别病变细胞表面特定抗原并与之结合 定向运载特定药物作用于病变细胞，减少药物对正常细胞损害。 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） 体外培养肝癌细胞，分离GPC3 实验小鼠 B淋巴细胞 骨髓瘤细胞 多种细胞 注射 分离 体外培养后诱导融合培养 杂交瘤细胞 产生抗GPC3抗体的杂交瘤细胞 选择培养基筛选 GPC3抗体检测阳性 克隆化培养 注入小鼠腹腔，体内培养，从腹水中分离GPC3抗体。 体外培养，从培养液中分离GPC3抗体。 课堂小结 谢谢大家 $$