2.2动物细胞工程（第一课时）课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

知识回顾 1、细胞全能性、外植体、脱分化、愈伤组织、再分化、植物体细胞杂交的概念？ 2、细胞具有全能性的原因？在生长发育过程中是不是所有细胞表现出全能性？ 3、植物体细胞杂交的过程、原理、意义？ 4、快速繁殖的概念、本质、使用的技术、原理？ 5、作物脱毒的概念、作用对象、原因、利用的技术？ 6、单倍体育种的过程、原理？ 7、产生突变体的原因、突变体的利用原理？ 8、细胞产物的工厂化生产的概念、原因？ 在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。 可以从病人身上取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增； 目前，科学家还在研究对皮肤干细胞进行培养，以获得适合临床上使用的人造皮肤； 讨论： 怎样才能获得大量的自体健康皮肤？ 能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？ 通过细胞培养构建的人造皮肤 到社会中去 既解决了来源不足，又不会产生排斥反应 第2章 细胞工程 动物细胞工程—动物细胞培养 通过细胞培养构建的人造皮肤 学习目标 1.概述动物细胞培养需要的基本条件2.简述动物细胞培养的基本操作过程3.说出干细胞的分类及作用 思 1、幼龄动物的细胞和老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞和分化程度高的细胞比较，哪些细胞更易培养？为什么？动物细胞培养应选择什么样的组织或器官进行培养？为什么？ 2、为什么要将动物细胞分散成单个细胞培养？ 3、进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞，这说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？ 4、用酶两次处理的目的分别是什么？ 5、如何区分原代培养和传代培养？ 6、如果动物细胞的培养条件适宜,动物细胞就会无限增殖吗?试解释原因。 7、动物细胞培养和植物组织培养的目的有什么不同？ 8、动物细胞培养和植物组织培养过程中细胞分裂的方式相同吗？ 9、诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？ 10、诱导多能干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？ 结合导学案，阅读课本p43-47,思考以下问题： 一. 动物细胞培养 1. 概念： 2. 原理： 3. 地位： 动物细胞工程的基础 从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞， 然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 细胞分裂（增殖） 【思考】：动物组织的选择： 幼龄动物 or 老龄动物 幼龄个体的细胞分化程度低、分裂能力强，易培养。 4. 培养对象： 胚胎或幼龄动物的细胞 【思考】：动物细胞培养需要哪些条件？ 二. 动物细胞培养的条件 动物细胞培养所需的基本条件 其他条件 营养条件 糖类、氨基酸、无机盐、维生素 无菌、无毒的环境 适宜的温度、pH和渗透压 适宜的气体环境 1、营养条件 【思考】： 培养基的类型： 固体培养基　or　液体培养基 合成培养基 or 天然培养基 将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制的培养基 ☆通常需加入血清和血浆等一些天然成分。 ？ 含人类未知、细胞生长增殖所必需的物质，满足细胞对未知营养成分的需求。 也称培养液 二. 动物细胞培养的条件 2、无菌、无毒的环境 无菌：①培养液、培养用具：灭菌处理②无菌环境操作 3、温度、pH和渗透压 4、气体环境 温度：36.5±0.5℃ pH：7.2-7.4 渗透压：维持细胞正常形态 用培养皿或松盖培养瓶，在95%空气和5 %CO2 的混合气体的CO2培养箱中进行培养。 ③适量添加抗生素 无毒：定期更换培养液 清除代谢产物，防止代谢产物积累对细胞造成危害。 O2：细胞代谢所必需 CO2 ：维持培养液的pH值 三. 动物细胞培养的过程 取动物组织 分散成单个细胞 制成细胞悬液 原代培养 传代培养（分瓶培养） 动物组织 分散成 单个细胞 三. 动物细胞培养的过程 培养 （1）培养前，为什么要将动物组织分散成单个细胞？ ①分散不会限制彼此的生长和增殖； ②利于从培养液中获得营养，排出代谢废物，利于继续培养。 （2）怎样将动物组织分散成单个细胞？ 机械的方法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间 蛋白质 不可以，因为胃蛋白酶的最适PH为1.5左右。多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，所以用胃蛋白酶不行。 ①说明动物细胞间的物质主要是什么成分？ ②用胃蛋白酶可以吗？ 注意胰蛋白酶处理时间不能过长，会破坏细胞结构，把细胞消化掉 动物组织 分散成 单个细胞 三. 动物细胞培养的过程 培养 机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 加培养液 细胞悬液 培养 放入培养皿或培养瓶 在适宜条件中 ★体外培养动物细胞分为两类: ①悬浮生长细胞 细胞能够悬浮在培养液中生长増殖; ②贴壁生长细胞（主要类型） 细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖 细胞贴壁 接触抑制 悬浮培养瓶 当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。 三. 动物细胞培养的过程 动物组织 分散成 单个细胞 细胞悬液 机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 加培养液 培养 放入培养瓶 在适宜条件中 （3）培养一段时间后，细胞分裂会受阻，为什么？ 接触抑制 悬浮生长 贴壁生长 (大多数） 细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等 细胞分裂受阻 解决？ 三. 动物细胞培养的过程 动物组织 分散成 单个细胞 细胞悬液 机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 加培养液 培养 放入培养瓶 在适宜条件中 传代培养 在适宜条件中 分瓶培养 原代培养 ①原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 ②传代培养：分瓶后的细胞培养。 （4）进行传代培养（分瓶培养）时，如何处理？ 悬浮细胞:离心法收集 贴壁细胞:胰蛋白酶处理，再离心法收集 ②制成细胞悬液，分瓶培养 ①收集细胞 三. 动物细胞培养的过程 1、动物细胞培养过程中，用酶两次处理的目的分别是什么？ 2、如果动物细胞的培养条件适宜,动物细胞就会无限增殖吗?试解释原因。 3、植物组织培养与动物细胞培养有什么相同和不同之处？ 第一次使用的目的是使组织细胞分散开； 第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，便于分散后继续培养。 动物细胞一般传至10代就不易传下去了,至10代～50代,增殖会逐渐缓慢,甚至完全停止,只有少部分细胞获得不死性。 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 理论基础 培养基类型 培养基成分 取材 培养目的 相同点 植物组织培养和动物细胞培养的比较 获得细胞或细胞产物 常用固体培养基 植物幼嫩部位或花药等 无机盐、葡萄糖、维生素、氨基酸、促生长因子、动物血清等 常用液体培养基 细胞增殖 细胞的全能性 胚胎或幼龄动物的细胞 获得新个体 矿质元素、蔗糖、维生素、氨基酸、植物激素等 1.培养过程中细胞都进行有丝分裂，不涉及减数分裂； 2.均需无菌操作，需要适宜的温度、pH等条件 （1）定义： 动物和人体内保留的具有分裂和分化能力的细胞。 （2）分布、分类： 干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 ①胚胎干细胞（简称 ES 细胞） a.分布： 存在于早期胚胎中 b.特点： 具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。 c.应用： ES细胞在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等 四. 干细胞的培养及其应用 骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞、睾丸中的精原干细胞等； ②成体干细胞 a.分布： 存在于成体组织或器官内中 b.举例： c.特点： 发现最早、研究最多的、应用最成熟的实例：造血干细胞；主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中 一般认为，成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力 （3）应用： 有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。 四. 干细胞的培养及其应用 （1）胚胎干细胞的局限性： 胚胎干细胞必须从胚胎中获取 ，涉及伦理问题；因而限制了在医学上的应用。 （2）iPS细胞概念： 通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞，简称iPS细胞。 （3）诱导方法： ①将特定基因或特定蛋白导入细胞（成纤维细胞以及已分 化的T细胞、B细胞均可）； ②用小分子化合物诱导形成。 （4）iPS细胞优点： ①诱导过程无须破坏胚胎； ②iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回 病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。 四. 干细胞的培养及其应用 移植 取成纤维细胞等 iPS细胞 转入相关因子 细胞发生转化 分化 胰岛细胞 神经元 血细胞 肠上皮细胞 心肌细胞 肝细胞 病人 iPS细胞用于治疗人类疾病示意图 取成纤维细胞 转入相关因子 细胞转化为iPS细胞 诱导iPS细胞定向分化为多种组织细胞 移植回病人体内 四. 干细胞的培养及其应用 三. 动物细胞培养的过程 1、诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？ 2、诱导多能干细胞为什么可以解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题？ 诱导多能干细胞具有发育的全能性，可以被诱导分化形成新的组织细胞，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。 通过干细胞体外诱导分化，可以培育出人造器官，从而解决供体器官不足的问题。另一方面，由于是自身细胞经诱导分化形成的，所以无免疫排斥反应。 类型 应用 造血干细胞 神经干细胞 诱导多能干细胞（iPS细胞） 治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病 治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等） 可治疗小鼠的镰状细胞贫血症，在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展 干细胞应用面临的问题存在存在着导致肿瘤发生的风险。 三. 干细胞的培养及其应用 （3）应用： 有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。 动物细胞培养 动物细胞培养的概念和原理 干细胞培养及其应用 营养条件；无菌、无毒的环境；温度、pH和渗透压；气体环境 原理：细胞的增殖 在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术 干细胞的分布 干细胞的类型 干细胞的应用 胚胎干细胞（ ES细胞） 成体干细胞 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 取动物组织 单个细胞 细胞悬液 原代培养 传代培养 早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中 主要应用在医学上 【课堂小结】 1.判断下列有关动物细胞培养的表述是否正确。 （1）培养环境中需要O2，不需要CO2 。（ ） （2）细胞要经过脱分化形成愈伤组织。（ ） （3）培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清（ ） （4）培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖（ ） 一.概念检测 × √ × × 练习与应用（P47） 2.干细胞有着广泛的应用前景。下列相关叙述错误的是( ) A.干细胞是从胚胎中分离提取的细胞 B.造血干细胞可以分化为各种血细胞 C.不同类型的干细胞,它们的分化潜能是有差别的 D.由iPS细胞产生的特定细胞,可以在新药的测试中发挥重要作用 A 现在关于iPS细胞的研究正在不断深入。请你从以下两个方面来查阅资料进行思考。（1）由于诱导iPS细胞、促使其分化都需要时间，因此用某人特异的iPS细胞进行医疗只限于时间比较充裕的情形。从实际事故、疾病发生的不可预测性方面考虑，如果要将这些细胞用于紧急情况，应该提前采取什么措施? 像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HLA(Human Leukocyte Antigen,人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库，可以为需要的人找到HIA匹配度较高的iPS细胞，这样不仅可以节省时间、成本，还能减轻异体干细胞移植后发生的免疫排斥反应。 二.拓展应用 练习与应用（P47） （2）如果诱导iPS细胞定向分化为生殖细胞的技术发展成熟，该技术可能会有哪些应用？又可能带来哪些问题？ 该技术可能被用于治疗不孕症；获得足够量的生殖细胞来进行濒危物种的克隆研究；获得生殖细胞进行转基因操作，再经过受精、胚胎发育等过程来获得转基因动物。该技术可能带来一系列的伦理问题。例如，如果用同一个人的iPS细胞分别诱导形成精子和卵子，两者受精可能培育出“单亲”婴儿；有的人还可能有目的地选择iPS细胞，从而“设计”婴儿。 $