2.2.1 动物细胞工程（第一课时）课件-2025-2026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（1） 动物细胞的培养 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 动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程 动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 动物细胞工程的基础 人造皮肤 克隆猴：中中和华华 单克隆抗体 动物细胞工程常用的技术： 3 1 动物细胞培养 【自主学习】阅读教材P43-44，思考下列问题： 1.什么是动物细胞培养技术？ 2.动物细胞培养需要哪些基本条件？ 3.描述动物细胞培养的过程。 4.在进行传代培养时，悬浮培养的细胞与贴壁细胞应分别采用什么方法收集？ 3.培养对象： 胚胎或幼龄动物的细胞 （原因：幼龄个体的细胞分化程度低、分裂能力强，易培养） 1.概念： 2.原理： 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） 4.目的： 获得细胞或细胞产物（注意：不能获得完整动物个体） 动物细胞培养 （动物细胞工程的基础） 思考：动物体内的细胞之所以能够维持正常的生命活动，是因为机体给这些细胞提供了哪些条件？ 充足的营养、稳定的内环境 ﹤ 动物细胞培养 所需基本条件 ﹤ 营养条件 其他 条件 糖类 氨基酸 无机盐 维生素等 适宜温度、pH和渗透压 无菌、无毒的环境 适宜的气体环境 1.直接用合成然培养基吗？ 2.如何维持无菌、无毒的环境？ 3.适宜的温度、pH和渗透压分别是多少？ 4.需要什么气体环境？分别有什么作用？ 问：体外培养动物细胞需要哪些必要条件呢？ 思考 6 1.营养条件 （1）成分： 糖类、氨基酸、维生素、无机盐...... （2）培养基的类型： a.按物理性质：一般使用液体培养基（培养液） b.按成分：合成培养基 合成培养基：将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配置而成的培养基 原因：人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚 合成培养基+血清等一些天然成分 2.无菌、无毒条件 ①培养液、培养用具：灭菌处理； ②在无菌环境下进行操作； ③在细胞培养液中添加一定量的抗生素抑制细菌生长。防止培养过程中的微生物污染。 无菌 无毒 定期更换培养液 思考：定期更换培养液的目的是什么？ 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。 3.温度、PH、渗透压 （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： 目的维持细胞正常的形态和功能。 4.气体环境 （1）气体组成及作用： O2 5%CO2 维持培养液的pH 细胞代谢所必需 （2）具体操作： 通常采用培养皿或松盖培养瓶。 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。 5.动物细胞培养的过程 制成细胞悬液 取动物组织 放入CO2培养箱中培养 转入培养液进行原代培养 放入CO2培养箱中培养 传代培养 取动物组织 制成细胞悬液 转入培养液中进行原代培养 CO2培养箱中培养 传代培养 再放入CO2培养箱中培养 制成细胞悬液 取动物组织 第一步：将动物组织制成细胞悬液 思考：如何将组织分散成单个细胞呢？ 组织：由形态相似、结构和功能相同的细胞，联合在一起形成的细胞群。 a.动物体内的组织团块中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和繁殖。 b.使细胞与培养液充分接触，保证细胞所需要的营养供应，细胞内有害代谢物的及时排出。 原因： 机械方法或用酶解法（胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间） 说明动物细胞间的物质主要蛋白质 【思考 讨论】 1.可以用胃蛋白酶分散动物组织吗？ 不行，因为胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就失去活性，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。 2.胰蛋白酶会把细胞消化掉吗？ 细胞膜的成分中含有蛋白质，而胰蛋白酶能够水解蛋白质，因此，胰蛋白酶可能会把细胞消化掉。 因此，胰蛋白酶处理的时间不能太长。 放入CO2培养箱中培养 转入培养液进行原代培养 制成细胞悬液 第二步：将细胞悬液放入培养液进行原代培养 原代培养： 动物组织经过处理后的初次培养。 体外培养的动物细胞类型： ①悬浮生长类： 能够悬浮在培养液中生长增殖。 ②贴壁生长类（大多数细胞）： 需要贴附于某些基质表面才能生长增殖。 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 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。 接触抑制 形成一层细胞 可形成多层细胞 肿瘤细胞失去接触抑制，适宜条件下在培养液可以无限增殖下去。 癌细胞；癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少 拓展提升 资料：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。 那么有没有什么细胞无接触抑制现象？ 第三步：分瓶、传代培养 细胞培养一段时间，分裂会受阻 放入CO2培养箱中培养 传代培养 细胞密度过大 有害代谢物积累 培养中营养物质缺乏 接触抑制 细胞分裂受阻的原因： 悬浮生长类 贴壁生长类 贴壁生长类 解决措施： 对细胞进行分瓶培养 传代培养 传代培养操作流程： 制成细胞悬液分瓶培养 收集细胞 1.进行传代培养时，悬浮培养的细胞与贴壁细胞，应分别采取什么方法收集? 悬浮生长类细胞： 贴壁生长类细胞： 【思考 讨论】 直接用离心法收集 重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集 3.动物细胞的整个培养过程中可能多次用到胰蛋白酶的目的？ 第一次使用的目的是使组织细胞分散开； 贴壁细胞传代培养时使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来，分散成单个细胞，便于分瓶后继续培养。 2.如何区分原代培养和传代培养？ 判断依据：是否分瓶。 传代培养： 部分细胞的细胞核型可能会发生变化，增殖缓慢，甚至完全停止。 大部分细胞衰老死亡 少数细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正朝癌细胞发展。 10~50代： 50代以后： （有限细胞系） （无限细胞系） 使用或保存的细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型(遗传物质不改变)。 细胞系的遗传物质一定改变了 这一阶段的细胞称为细胞株 拓展提升 1.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25 ℃和纯氧条件下培养 D 课 堂 检 测 2.动物细胞体外培养分为贴壁培养和悬浮培养两大类，图示悬浮培养生物反应器的基本构造。下列相关叙述正确的是（　　） A．配制的培养液pH为7.2~7.4，通过①进入反应器 B．培养液中需加入葡萄糖、氨基酸和维生素等营养物质 C．贴壁培养时通常需要进行传代培养，悬浮培养时不需要 D．悬浮培养的细胞要用胰蛋白酶处理使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集 B ①是排气的，②是通气的，③是加入培养液的 课 堂 检 测 3.（不定项）为研究血清在细胞培养中的作用，某小组进行了相关实验并得到了如图所示的结果。下列有关叙述错误的是（　　） A．正常细胞在培养过程中存在接触抑制的现象，癌细胞则不存在该现象 B．动物细胞培养需要将培养瓶置于含95%O2和5%CO2的混合气体的培养箱中培养 C．由图示结果可知，血清的有无对癌细胞的影响大于对正常细胞的影响 D．利用含细胞悬液的培养瓶培养细胞的过程中应定期更换培养液，这可以防止有害代谢物积累对细胞自身造成危害 BC 课 堂 检 测 2 干细胞培养及其应用 【自主学习】阅读教材P43-44，思考下列问题： 1.了解干细胞的特点、分布和类型？ 2.什么是iPS细胞？应用于哪些方面？ 3.描述iPS细胞培养和利用的过程。 4.为什么iPS细胞的应用前景优于干细胞？ 3.分布： 4.分类： 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。 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.特点： 体积较小，细胞核大，核仁明显。 1.概念： 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 干细胞培养及其应用 ①来源： ②作用： ③应用实例： 早期胚胎中 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。 在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等 ④局限性： 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。 胚胎干细胞(ES细胞) 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。 ①来源： ②分类： ③特点： (骨髓外周血和脐带血中) (神经系统中) (睾丸中) 成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞 神经干细胞 造血干细胞 精原干细胞 血细胞 精原细胞 分化 分化 分化 神经细胞 成体干细胞 ④作用： 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。 5.应用实例： 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。 造血干细胞： 神经干细胞： 但是，像胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及到了伦理问题。 诱导多功能干细胞 资料：2006年，科学家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，将它称为诱导多能干细胞（简称iPS细胞），并用iPS细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。 诱导多能干细胞： 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。 诱导多功能干细胞(iPS细胞) 诱导方法： a.借助载体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） b.用小分子化合物诱导形成。 过程： 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 诱导多能干细胞优点： a.诱导过程无须破坏胚胎； b.iPS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。 所以，科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞 27 1.诱导iPS细胞形成正常神经干细胞,治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾 2.诱导iPS细胞形成正常造血干细胞，移植后可恢复病人的造血和免疫功能。病（如帕金森病、阿尔兹海默症等）。 3.诱导iPS细胞形成心肌细胞等，可以治疗心血管疾病。 应用： 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。 面临的问题：存在导致肿瘤发生的风险。 应用展望： 面临的问题及展望： 4.（不定项）研究人员取某糖尿病患者（相关基因缺陷导致，具有遗传倾向）的成纤维细胞在体外将其重编程为iPS 细胞，再诱导iPS 细胞分化为胰岛B细胞后移植到该患者体内，实现了临床功能性治愈。下列叙述错误的是（     ） A．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 B．诱导iPS 细胞分化成胰岛B细胞的过程体现了细胞的全能性 C．上述移植过程相对于异体移植可以降低患者的免疫排斥反应 D．经过上述方式治愈的患者，其后代不会再患该种糖尿病 BD 课 堂 检 测 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 课堂总结 $