2.2.1 动物细胞培养 课件-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 照片中两只可爱的小猴，分别叫“中中”和“华华”，它们诞生于2017年，一出生就轰动了全世界，这是我国科学家的研究成果。你知道它们是如何培育出来的吗？在这之前，科学家培育了胚胎细胞克隆猴，你知道两者有什么不同吗？其实，自1996年首个体细胞克隆动物多莉羊诞生以来，人类已经成功克隆了马、牛和猪等大型家畜，但为什么体细胞克隆猴的诞生能轰动世界呢？ 上面这些成果的取得都有赖于细胞工程的发展，培养克隆动物只是细胞工程的一个方面。近年来，细胞工程领域成果跌出，方兴未艾。 第2节 动物细胞工程 （第1课时） 02 简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。 阐明利用动物细胞融合技术制备单克隆抗体的过程，认同单克隆抗体在临床上有重要的应用价值。 阐明动物细胞培养的条件和过程。 目标 01 03 学习目标 04 阐明利用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和该技术的应用前景。 3 动物细胞工程的发展历程 希普：首例胚胎移 植成功 哈里森:首创动物组织 体外培养法 张明觉：发现哺乳动物精子 获能现象 格登、童第周：体细胞核 移植成功 试管家兔诞生 米尔斯坦和科勒：创立单克隆 抗体技术 胚胎分割移植成功 埃文斯：成功分离和培养小 鼠的胚胎干细胞 克隆羊多莉诞生 山中伸弥：获得诱导多能干细胞 单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生 我国科学家首次培育了 体细胞克隆猴。 1890年 1907年 1951年 1958年 1959年 1975年 1978年 1981年 1996年 2006年 2014年 2017年 科技探索之路 4 从社会中来 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。那么，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 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； 人造皮肤：人体再生术的秘密 动物细胞培养 动物细胞融合 动物细胞核移植 动物细胞工程 基础 一般是指动物胚胎或出生不久的幼龄动物组织，因为这些组织细胞 比老龄动物的组织细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。 将组织块分散成单个细胞后，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出。 一、动物细胞培养 1、概念： 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。 原理 地位 对象 目的 细胞增殖 动物细胞工程的基础 胚胎或幼龄动物的细胞 获得细胞或者细胞产物 动物体内的细胞之所以能够维持正常的生命活动，有些细胞还能不断增殖，是因为机体给这些细胞提供了适宜的条件，包括充足的营养、稳定的内环境等。 在体外培养动物细胞也需要满足类似的条件。 那么，动物细胞的培养需要哪些条件呢？ 9 一般来说，动物细胞培养（模拟体内细胞正常生长增殖的环境） 需要满足以下条件： 动物细胞培养所需的 基本条件 营养 条件 其他 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 一、动物细胞培养 2、培养条件： 动物细胞培养所需的 基本条件 营养 条件 其他 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 一、动物细胞培养 2、培养条件： (1) 营养 (2) 无菌、无毒的环境 (3) 适宜的温度、PH和渗透压 (4) 适宜的气体环境 糖类、氨基酸、无机盐、维生素……等。 ①合成培养基： 合成培养基 + 血清等天然成分 ②血清： 将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成 的培养基。 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。 一、动物细胞培养 2、培养条件： (1)营养： ③一般使用_____培养基,即培养液。 液体 一、动物细胞培养 原因:__________________________________________ 无菌 ①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理 ②在无菌环境下进行操作 定期更换培养液 无毒 ①湿热灭菌 ②干热灭菌 ③灼烧灭菌 有毒物质 2、培养条件： (2)无菌、无毒的环境： 清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 13 ①适宜的温度： 哺乳动物细胞培养的温度多以36.5±0.5℃为宜。 ②适宜的pH： 多数动物细胞生存的适宜pH为7.2-7.4。 ③适宜的渗透压： 维持细胞正常的形态和功能。 一、动物细胞培养 2、培养条件： (3)适宜的温度、pH和渗透压： 14 CO2培养箱 通常采用培养皿或松盖培养瓶。并将它 们置于含有95%空气和5%CO2的混合气体 的CO2培养箱中进行培养。 O2： CO2： 培养箱不仅能提供气体环境，还提供了适宜的温度，还能控制稳定的pH环境。 一、动物细胞培养 2、培养条件： (4)适宜的气体环境： 细胞代谢所必需的。 主要作用是维持培养液的pH。 培养皿 培养瓶 15 1.动物细胞培养的条件是（ ） ①无菌无毒的环境 ②营养 ③气体环境 ④温度、pH和渗透压 ⑤透明的容器 A.①②③④ B.①②③⑤ C.②③④⑤ D.①③④⑤ A 巩固练习 2．下列关于动物细胞培养所需要的条件的叙述，正确的是（ ） A．为了创造无菌、无毒的环境，培养基中通常添加一定量的血清 B．动物细胞培养所需营养物质和植物组织培养的相同 C．动物细胞培养的适宜温度一般与动物的体温相近 D．动物细胞培养的适宜pH为酸性条件 C 巩固练习 3.下列关于动物细胞培养条件的叙述,错误的是( ) A.体外培养动物细胞时，培养环境必须保证无菌、无毒 B.在使用合成培养基时，通常还需要加入血清等天然成分 C.细胞培养液需要定时更换，以便清除其中的代谢废物 D.可使用培养皿或松盖培养瓶在 <m></m> 和纯氧条件下培养 D 巩固练习 选项 提供物质 作用 A 抗生素 主要防止动物细胞在培养过程中被病毒感染 B 血清 补充合成培养基中缺乏的物质 C 氧气 满足细胞代谢的需要 D 二氧化碳 维持培养液的酸碱度 4.下列有关动物细胞培养时所提供的物质及其作用的描述不正确的 是(　　) A 巩固练习 取动物组织 动物组织处理后的初次培养 二、动物细胞培养过程 取材： 取材原因： 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。 分散组织细胞： 原因： 方法： 在成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了 生长和增殖 。 用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间， 将组织分散成单个细胞。 用培养液将细胞制成细胞悬液。 转入培养液进行 原代培养 制成细胞悬液 放入CO2培养箱中培养 体外培养的动物细胞可以分为两大类： ①一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖； ②另一类则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖， 大多数细胞属于这种类型，这类细胞往往贴附在 培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。 悬浮培养瓶 二、动物细胞培养过程 单层贴壁的猪输卵管上皮细胞 分瓶后的细胞培养 二、动物细胞培养过程 传代培养 放入CO2 培养箱中培养 当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时， 细胞通常会停止分裂增殖。 分瓶 二、动物细胞培养过程 原因： 方法： ①悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物 积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。 ②贴壁细胞除受密度、有害代谢物、营养物质影响 外，还会发生接触抑制现象。 传代培养 悬浮培养的细胞：直接用离心法收集。 ②制成细胞悬液，分瓶培养。 ①收集细胞 贴壁细胞：用胰蛋白酶处理分散成单 个细胞，再用离心法收集。 细胞分裂受阻 ①收集细胞 取动物组织 用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理 分散成单个细胞 解决 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 接触抑制 传代培养 细胞悬液 原代培养 分瓶 培养 ①原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。 ②细胞贴壁：某些细胞需要贴附于某些基质表面才 能增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。 ③接触抑制：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。 ④传代培养：分瓶后的细胞培养。 加培养液 在培养皿或培养瓶内 悬浮培养的细胞:直接用离心法收集 贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，再用离心法收集。 ②制成细胞悬液，分瓶培养。 二、动物细胞培养过程 体外培养的动物生长类型 旁栏思考题 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？ 说明细胞间的物质主要是蛋白质。 不能用胃蛋白酶。胃蛋白酶作用的适宜PH约为2，当PH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。而多数动物细胞培养的宜PH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性。 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养前处理 取材 培养基的物理性质 培养基的成分 特有成分 植物细胞的全能性 细胞增殖 需离体 用机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶将组织细胞分散开 离体植物器官、组织、细胞 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 固体培养基 液体培养基(又称培养液) 有机营养成分 无机营养成分 植物激素 糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养物质及一些天然成分如血清等。 植物激素 血清 归纳总结 动物细胞培养和植物组织培养的比较 植物组织培养 动物细胞培养 特殊环境条件 结果 过程 相同点 再分化需光 气体环境 一般获得新的植株 （体现细胞的全能性） 获得大量细胞 （不体现细胞的全能性） 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。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 取动物组织 制成细胞悬液 转入培养液进行原代培养 分瓶 进行传代培养 归纳总结 动物细胞培养和植物组织培养的比较 1.干细胞的概念： 动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。 在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。 2.干细胞的分布： 干细胞存在于_________、_____和_______等多种组织 和器官中； 早期胚胎 骨髓 脐带血 3.干细胞的分类： 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） ①分布： 存在于________中 早期胚胎 ②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 ③应用实例： 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 三、干细胞培养及其应用 骨髓中的___________、神经系统中的__________、睾丸中 的___________等； （2）成体干细胞 ①分布： 存在于________________中 成体组织或器官内 ②举例： 造血干细胞 神经干细胞 精原干细胞 ③特点： 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。 ④发现最早、研究最多的、应用最成熟的实例：____________， 主要存在于成体的_____、_______和______中 造血干细胞 骨髓 外周血 脐带血 三、干细胞培养及其应用 外周血是除了骨髓之外的血液，临床上常用一些方法把骨髓中的造血干细胞释放到血液中，再从血液中提取分离得到造血干细胞，我们把这样得到的干细胞称为外周血干细胞 29 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） 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。 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。 4.干细胞的应用 （1）应用原理： （2）应用实例： 造血干细胞： 神经干细胞： 干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测等 领域发挥大作用。 （3）面临的问题： 存在导致肿瘤发生的风险 （4）应用展望： 三、干细胞培养及其应用 5.诱导多能干细胞（iPS细胞） （1）胚胎干细胞的局限性： 胚胎干细胞必须从_____中获取 ，涉及________；因而限制了 在医学上的应用。 胚胎 伦理问题 （2）诱导多能干细胞概念： 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。 诱导方法： 将特定基因或特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等诱导形成。 （成纤维细胞以及已分化的T细胞、B细胞均可）； （3）诱导多能干细胞优点： 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。 三、干细胞培养及其应用 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 （4）诱导多能干细胞的应用： 可治疗镰状细胞贫血症，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 三、干细胞培养及其应用 无菌、无毒 营养 温度、pH和渗透压 气体环境 制备细胞悬液 原代培养 传代培养 动物细胞培养 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 干细胞的培养和应用 干细胞的种类、特点及应用 iPS细胞的培养和应用 课堂小结 练习与应用 34 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 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 一、概念检测 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? 提示：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HLA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 （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？ 提示：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。 二、拓展应用 谢谢聆听! 同学们辛苦啦！ 39 Lavf57.25.100 $