2.2.1动物细胞培养 课件 2025—2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第2节 动物细胞工程 第2章 细胞工程 第1课时 动物细胞培养 问题导入 通过细胞培养构建的人造皮肤 大面积烧伤的病人,需要移植健康皮肤 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。 烧伤病人图片 大面积烧伤的病人 需要移植健康皮肤 1）使用他人皮肤？ 患者自身的不够用，如何解决？ 2）自身健康皮肤？ 非常有限 免疫排斥反应 思考： 怎样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？ 动物细胞工程的基础 人造皮肤 应用 克隆猴 应用 单克隆抗体 应用 动物细胞工程的常用技术 动物细胞培养 动物细胞融合 动物细胞核移植 细胞增殖(有丝分裂)。 动物细胞培养是指从动物体中_____相关的_____，将它_____________，然后在_____________下，让这些细胞____和_____的技术。 (2)目的： (1)原理： (3)地位： 取出 组织 分散成单个细胞 适宜的培养条件 生长 增殖 获得细胞或细胞产物(不能获得完整动物个体)。 动物细胞培养需要哪些必要的条件？培养的过程又是怎样的呢？ 是动物细胞工程的基础。 【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。 一、动物细胞培养的条件 一、动物细胞培养的条件 动物细胞培养的条件 营养物质 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 这里的糖类不包括淀粉、蔗糖等 植物组织培养：常用蔗糖作为碳源（植物细胞可分解利用蔗糖，且蔗糖能维持渗透压）。 动物细胞培养：常用葡萄糖作为碳源（动物细胞无法直接利用淀粉、蔗糖）。 一、动物细胞培养的条件 1.营养： (1)合成培养基----已知成分 将细胞所需的__________（糖类、氨基酸、无机盐、维生素等）按_____和______严格配制而成的培养基，称为_________。 营养物质 种类 所需量 合成培养基 (2)天然成分--未知成分 由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，因此在使用合成培养基时，通常需加入____等一些天然成分。 血清 (3)培养动物细胞一般使用__________，也称为______。 液体培养基 培养液 ★目的：补充细胞所需的未知的营养物质 （了解）血清中不仅含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等多种营养物质，还有激素及多种未知的促细胞生长因子、促贴附因子及其他活性物质，能促进细胞的生长、增殖和贴附。即天然培养基。 一、动物细胞培养的条件 思考1:为什么培养液需要定期更换？★ ____________________________________________ 思考2:如何防止培养过程中的微生物污染？★ ____________________________________________ 2.无菌、无毒的环境： (1)对培养液和所有培养用具进行_____处理 (2)在_______下进行操作； (3)还需要______________。 灭菌 无菌环境 定期更换培养液 以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害 在细胞培养液中添加一定量的抗生素 脉动真空灭菌器 一、动物细胞培养的条件 3.温度、pH和渗透压 (1)哺乳动物细胞培养的温度多以___________为宜； (2)多数动物细胞生存的适宜pH为________。 (3)维持适宜渗透压的目的_________________________。 36.5±0.5℃ 7.2~7.4 维持细胞正常的形态和功能 一、动物细胞培养的条件 4.气体环境：★ (1)动物细胞培养所需气体主要有____和_____。 O2：_______________________ CO2：_____________________________ (2)容器：通常采用_______或_____________。 (3)仪器：置于含有_______和______的混合气体的_____________。 O2 CO2 O2是细胞代谢所必需的 CO2的主要作用维持培养液的pH 培养皿 松盖培养瓶 95%空气 5%CO2 CO2培养箱 二、动物细胞培养的过程 二、动物细胞培养的过程 制成细胞悬液 取动物组织 转入培养液进行原代培养 放入CO2培养箱中培养 传代培养 二、动物细胞培养的过程 动物组织 分散成 单个细胞 培养 根据动物细胞培养的概念，初步构建动物细胞培养的流程： （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能与培养液充分接触获得营养，排出代谢废物，利于继续培养。 二、动物细胞培养的过程 动物组织 分散成 单个细胞 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。 ①说明动物细胞间的物质主要是什么成分？ 蛋白质 机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 ②用胃蛋白酶可以吗？ 不可以，因为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，胃蛋白酶的最适PH约为2。 ③胰蛋白酶处理时间过长，会怎样？ 细胞膜的成分中含有蛋白质，时间长了会破坏细胞结构，把细胞消化掉 二、动物细胞培养的过程 动物组织 分散成 单个细胞 培养 （3）分散成的单个细胞，如何培养？ 用培养液将细胞制成细胞悬液，放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中培养。 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 放入培养瓶 在适宜条件中 二、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 ★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 悬浮培养瓶 培养 放入培养瓶 在适宜条件中 细胞贴壁 接触抑制 细胞贴壁过程 圆球形细胞刚开始 铺展贴壁生长（100×） 培养的动物细胞贴壁生长 并进行有丝分裂（100×） 细胞单层贴壁生长铺满瓶壁后出现接触抑制（100×） 贴壁生长与接触抑制 二、动物细胞培养的过程 （4）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？ 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 二、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 （5）什么是原代培养和传代培养？★ 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。 （6）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 区分原代培养和传代培养的方法 区分两种培养的关键是看用胰蛋白酶处理的对象和是否分瓶。 ①分瓶前，第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理后的培养是原代培养。 ②第二次用胰蛋白酶处理，使细胞从瓶壁上脱离下来，分瓶后的细胞培养为传代培养。 思考：“细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息， 就会使细胞停止继续繁殖，出现接触抑制的现象”试结合上述解释， 举例说明哪种细胞无接触抑制现象，并阐述原因。 癌细胞；癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少 肿瘤细胞失去接触抑制， 条件适宜在培养液可以无限增殖下去。 思考讨论：动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处？ 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 细胞悬浮液 胰蛋白酶 原代培养 传代培养 大量细胞 单个细胞 加培养液 离体的植物器官、组织或细胞 愈伤组织 根、芽 植物体 脱分化 再分化 接种至培养基 动物细胞培养 植物组织培养 比较项目 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养基性质 培养基特有成分 培养结果 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 植物体 葡萄糖、动物血清 常用液体培养基 细胞增殖 细胞的全能性 许多细胞 快速繁殖等 蔗糖、植物激素 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 三、干细胞培养及其应用 三、干细胞培养及其应用 动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫作干细胞。在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。 1.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 这类细胞从胚胎发育时期就开始存在，一直伴随个体终身。它们在体内处于一种 “休眠” 或 “慢速分裂” 状态，并不一直在分裂。只有在身体需要时（如伤口愈合、血液更新、细胞更替），它们才会启动分裂和分化。 三、干细胞培养及其应用 受精卵 原始胚胎干细胞 囊胚 胎儿 成人 胚胎干细胞 成体干细胞 2.类型 干细胞包括___________和__________等。 胚胎干细胞 成体干细胞 三、干细胞培养及其应用 （1）胚胎干细胞 （简称ES细胞） ➊分布： ➋特点： ➌局限性： 存在于 中 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。 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。 早期胚胎 加入分化诱导因子 个体生长发育的所有细胞都是胚胎干细胞分化而来的 三、干细胞培养及其应用 （2）成体干细胞 ➊分布： ➌特点 ➋常见类型 存在于成体组织或器官内的干细胞 造血干细胞 神经干细胞 精原干细胞 发现最早 研究最多 应用最成熟 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。 （骨髓、外周血和脐带血中） （神经系统中） （睾丸中） 三、干细胞培养及其应用 干细胞的应用 有着________能力及_____潜能的干细胞，与__________的______________ 等密切相关。 自我更新 分化 组织、器官 发育、再生和修复 类型 应用 造血干细胞 神经干细胞 恢复病人的造血和免疫功能，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）方面有重要的应用价值 导致肿瘤发生的风险 面临的问题存在_____________________ （3）诱导多能干细胞（iPS细胞） 三、干细胞培养及其应用 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。 ➊概念： ➋制备方法： ①将特定基因或特定蛋白导入细胞(成纤维细胞、已分化的T细胞或B细胞）。 ②用小分子化合物诱导形成。 ➌特点 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。 ➍应用 ①可治疗镰状细胞贫血症。 ②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。 应用前景优于胚胎干细胞 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 (类似脱分化的过程) 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 定向诱导分化 课堂小结 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 ①营养条件；②无菌、无毒的环境；③温度、pH和渗透压；④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 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 课后习题P47 一、概念检测 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。（ ） 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 课后习题P47 二、拓展应用 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去查资料进行思考。 （1）由于诱导产生 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 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。 课后习题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。 $