第2章 第2节 第2课时 动物细胞融合技术与单克隆抗体-【新课程学案】2025-2026学年高中生物选择性必修3 生物技术与工程教师用书word（人教版 单选版）

第2课时　动物细胞融合技术与单克隆抗体 聚焦·学案一　动物细胞融合技术 [学案设计] (一)梳理动物细胞融合技术的基础知识 1.概念:使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。 2.原理:细胞膜的流动性。 3.诱导融合的方法:PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法。 4.意义:细胞融合技术突破了有性杂交的局限,使远缘杂交成为可能。 5.应用 (1)成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。 (2)用于制造单克隆抗体。 |情|境|探|究|思|考| 　　科研人员进行了一项有趣的实验:他们对两种不同来源的细胞进行特殊处理,使其中一种细胞的细胞膜蛋白被绿色荧光标记,另一种被红色荧光标记,随后通过细胞融合技术获得杂交细胞。实验观察发现,刚融合时杂交细胞的细胞膜上绿色和红色荧光各自聚集在一侧,呈现明显的“分区”现象;而在适宜温度下培养一段时间后,两种荧光逐渐混合,最终均匀覆盖整个细胞膜。请结合这一实验现象,回答下列问题。 (1)将鼠细胞和人细胞在　　　　培养箱中培养一段时间,用　　　　　　　　　　处理,获取实验用的单细胞悬液。  (2)将两种细胞在37 ℃下混合培养,在培养液中加入　　　　　　　　　　　　诱导融合,形成融合细胞。  (3)细胞膜的主要成分是磷脂和蛋白质。将连接了荧光染料的抗体与融合细胞在一定条件下培养,抗体与融合细胞的膜蛋白(抗原)特异性结合,其目的是标记膜蛋白,以便于显微镜观察。用荧光显微镜观察融合细胞表面荧光的颜色和　　　　　　　。开始时,鼠的细胞为绿色,人的细胞为红色,两种颜色不混合;一段时间后,可观察到红绿荧光交替分布的“嵌合体”。统计　　　　　　,结果如图所示。  (4)科学家据此提出两种解释嵌合体形成的假说。假说一:融合细胞合成了新的膜蛋白;假说二:原有膜蛋白在细胞膜平面上运动。 ①使用　　　　　　　　　抑制剂和ATP合成抑制剂分别处理融合细胞,均对嵌合体形成没有显著影响,这个结果否定了假说一。  ②在15 ℃、20 ℃和26 ℃的培养温度下重复上述实验,这些实验的结果为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,为假说二提供了证据支持。  答案:(1)CO2　胰蛋白酶　(2)(灭活的)病毒(或PEG)　(3)分布　嵌合体比例　(4)①蛋白质合成　②随着温度增加,嵌合体比例增加(或随着温度降低,嵌合体比例降低) (二)辨清植物体细胞杂交和动物细胞融合技术 　　[典例]　细胞融合技术是研究细胞遗传、细胞免疫等的重要手段,如图A、B表示两种动物细胞。下列有关说法错误的是 (　　) A.图示过程与植物原生质体融合的基本原理相同 B.需要将仙台病毒用紫外线等灭活使其失去感染能力 C.图中C细胞进行的细胞分裂方式为有丝分裂 D.将A、B细胞等量混合诱导得到的融合细胞即为杂交细胞 [解析]　图示过程利用的是细胞膜具有一定的流动性,与植物原生质体融合的基本原理相同,A正确;用灭活的病毒作诱导因素,需要将仙台病毒用紫外线等灭活使其失去感染能力,B正确;图中C细胞进行的细胞分裂方式为有丝分裂,C正确;将A、B细胞等量混合诱导得到的融合细胞可能是A、B细胞各自类型的融合细胞,杂交细胞是A、B细胞进行融合而成,D错误。 [答案]　D |认|知|生|成| 植物体细胞杂交与动物细胞融合的区别及意义 项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合 原理 细胞膜具有流动性、植物细胞的全能性 细胞膜具有流动性 融合前 处理 除去细胞壁 使细胞分散开 相关酶 纤维素酶和果胶酶 胰蛋白酶、胶原蛋白酶 诱导 方法 物理法:电融合法和离心法等;化学法:聚乙二醇(PEG)融合法、高Ca2+—高pH融合法等 PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等 结果 杂种植株 杂交细胞 应用 培育植物新品种 制造单克隆抗体 意义 突破远缘杂交不亲和的障碍,打破了生殖隔离,扩展了杂交的亲本组合 [迁移训练] 1.如图表示仙台病毒诱导动物细胞融合的部分过程,下列叙述正确的是 (　　) A.细胞A和细胞B必须为同种细胞才能融合 B.细胞C同时有细胞A和细胞B的遗传物质 C.该融合过程体现了细胞膜具有选择透过性 D.此过程的原理是动物细胞具有全能性 解析:选B　不同种的细胞也能融合,如人、鼠细胞融合,A错误;细胞A、B融合成一个细胞C,细胞C同时有细胞A和细胞B的遗传物质,B正确;该融合过程体现了细胞膜具有流动性,C错误;此过程的原理是动物细胞膜具有流动性,D错误。 2.对比动物细胞融合和植物体细胞杂交技术,下列论述合理的是 (　　) A.均可使用PEG融合法、电融合法或灭活病毒诱导法诱导细胞融合 B.两者都可以跨越种属间的生殖隔离 C.两者都可以体现细胞的全能性 D.在适宜的条件下,均可产生完整个体 解析:选B　灭活病毒诱导法是动物细胞融合特有的诱导方法,A错误;动物细胞融合和植物体细胞杂交技术都可以打破生殖隔离,B正确;植物体细胞杂交技术体现了细胞的全能性,动物细胞融合不能体现,C错误;目前,动物细胞融合技术不能产生完整个体,D错误。 聚焦·学案二　单克隆抗体及其应用 [学案设计] (一)初步了解传统抗体与单克隆抗体 1.传统抗体的获得 (1)方法: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。 (2)缺陷:产量低、纯度低、特异性差。 2.单克隆抗体的制备 (1)大量制备单克隆抗体的思路 (2)存在的问题:B淋巴细胞不可能无限增殖。 (3)解决方案:利用杂交瘤细胞生产。 3.单克隆抗体的优点 (1)能准确地识别抗原的细微差异。 (2)可以与特定抗原发生特异性结合。 (3)可以大量制备。 4.单克隆抗体的应用 (1)用作诊断试剂,可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 (2)运载药物,如ADC(抗体—药物偶联物)。 (3)直接用于治疗疾病。 (二)理清单克隆抗体的制备过程 |探|究|学|习| 　　癌症的免疫疗法是指重新激活抗肿瘤的免疫细胞,进而克服肿瘤的免疫逃逸。某些种类癌细胞表面高表达膜蛋白PSMA,CD28是T细胞表面受体,T细胞的有效激活依赖于CD28在癌细胞与T细胞结合部位的聚集。科研人员尝试构建双特异性抗体PSMA×CD28的生产流程,如图1所示;双特异性抗体PSMA×CD28的结构及作用机理,如图2所示。回答下列问题: (1)动物细胞融合的结构基础是　　　　　　　　　　　　,动物细胞完成融合的标志是　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　,双特异性抗体PSMA×CD28的制备中需要给小鼠注射物质X,其目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)在制备双特异性抗体PSMA×CD28的过程中需要经过2次筛选,每次筛选的目的是　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)双特异性抗体PSMA×CD28协助杀伤癌细胞的机理是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)在诱导细胞融合过程中,与植物体细胞杂交相比特有的诱导方式为　　　　　　　　　　　　。  答案:(1)细胞膜的流动性　两个细胞核融合后形成具有单核的杂交细胞　刺激机体发生免疫应答,从而产生特定的B淋巴细胞　(2)第一次是在诱导融合之后,利用特定的选择培养基筛选出杂交瘤细胞。第二次是对上述杂交瘤细胞进行筛选,利用96孔板培养,采用专一抗体检测的方法筛选出能产生所需特定抗体的杂交瘤细胞　(3)双特异性抗体PSMA×CD28既能结合PSMA,又能结合CD28,使CD28在癌细胞与T细胞结合部位聚集,从而有效激活T细胞杀伤癌细胞　(4)灭活病毒诱导法 |认|知|生|成| 1.单克隆抗体的制备过程 2.单克隆抗体制备过程中两次筛选的比较 项目 第一次筛选 第二次筛选 筛选 原因 诱导融合后得到多种杂交细胞,另外还有未融合的细胞 由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激,所以经选择性培养获得的杂交瘤细胞中有能产生其他抗体的细胞 筛选 方法 用特定的选择培养基筛选;未融合的细胞和同种细胞融合后形成的细胞(B—B杂交细胞、瘤—瘤杂交细胞)都会死亡,只有杂交瘤细胞(瘤—B杂交细胞)才能生长 用多孔培养皿培养,在每个孔只有一个杂交瘤细胞的情况下开始克隆化培养和抗体检测,经多次筛选得到能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 筛选 目的 得到杂交瘤细胞 得到能分泌所需抗体的杂交瘤细胞 　　[知识拓展]　　第一次筛选获得杂交瘤细胞的方法:①细胞合成DNA有D和S两条途径,其中D途径能被氨基嘌呤阻断。②人淋巴细胞中有这两种DNA合成的途径,但不能分裂增殖。③鼠骨髓瘤细胞中只有D途径,没有S途径,但能不断分裂增殖。在培养基中加入氨基嘌呤,B淋巴细胞及同型融合细胞不能增殖,骨髓瘤细胞及同型融合细胞(氨基嘌呤阻断)不能增殖,只有杂交瘤细胞能无限增殖。 3.腹腔培养与体外培养的比较 项目 腹腔培养 体外培养 优点 易于控制培养条件,成本较低 可大规模培养、大量生产 缺点 规模小,产量少 需要人为控制培养条件,成本相对较高 　[典例]　(2025·黑吉辽蒙高考)下图是制备抗白细胞介素⁃6(IL⁃6)单克隆抗体的示意图。下列叙述正确的是 (　　) A.步骤①给小鼠注射IL⁃6后,应从脾中分离筛选T淋巴细胞 B.步骤②在脾组织中加入胃蛋白酶,制成单细胞悬液 C.步骤③加入灭活病毒或PEG诱导细胞融合,体现了细胞膜的流动性 D.步骤④经过克隆化培养和抗体检测筛选出了杂交瘤细胞 [解析]　本实验的目的是制备抗IL⁃6单克隆抗体,步骤①用IL⁃6对小鼠进行免疫后,应从该小鼠的脾中分离筛选B淋巴细胞,A错误。步骤②在脾组织中加入胰蛋白酶或胶原蛋白酶,制成单细胞悬液,B错误。步骤③可以用灭活病毒或PEG诱导骨髓瘤细胞和B淋巴细胞融合,体现了细胞膜的流动性,C正确。步骤④的目的是筛选出杂交瘤细胞,应通过特定的选择培养基进行筛选;步骤⑤中经过克隆化培养和抗体检测筛选出能分泌特定抗体的杂交瘤细胞,D错误。 [答案]　C [迁移训练] 1.某种肠道病毒可通过其表面蛋白与人肠道上皮细胞上的受体结合,侵入细胞而引发肠道病变。研究人员利用该病毒的表面蛋白制备了单克隆抗体,过程如下图,图中甲~丁代表不同细胞,a~f代表相关过程。下列叙述错误的是 (　　) A.图中过程a表示用该病毒的表面蛋白免疫小鼠 B.过程c中的选择培养基可筛选出产生所需抗体的杂交瘤细胞 C.过程e和f分别表示杂交瘤细胞的体外培养和小鼠腹腔培养 D.该单克隆抗体能与该病毒特异性结合阻止其感染人体细胞 解析:选B　图中过程a表示用该病毒的表面蛋白免疫小鼠,A正确;过程c中的选择培养基可筛选出杂交瘤细胞,但筛选出的杂交瘤细胞不一定能产生所需抗体,B错误;过程e和f分别表示杂交瘤细胞的体外培养和小鼠腹腔培养,以获得单克隆抗体,C正确;该单克隆抗体能与该病毒特异性结合,阻止其感染人体细胞,D正确。 2.HCG是女性怀孕后滋养层细胞分泌的一种糖蛋白,如图是抗HCG单克隆抗体制备流程示意图,制备抗HCG单克隆抗体可用于早孕的诊断。有关叙述正确的是 (　　) A.体外培养单个B淋巴细胞也可以获得大量抗HCG的单克隆抗体 B.多孔玻璃板中的细胞为B淋巴细胞和鼠瘤细胞的融合细胞 C.过程③产生的细胞集落a~d既能大量增殖,又能产生抗体 D.图中细胞集落c可用于扩大化培养生产抗HCG单克隆抗体 解析:选C　体外培养的单个B淋巴细胞不能无限增殖,不能获得大量抗HCG的单克隆抗体,A错误;多孔玻璃板中有三种细胞,即未融合的亲本细胞、融合的具有同种核的细胞以及杂交瘤细胞,B错误;过程③筛选出的是杂交瘤细胞,所以过程③产生的细胞集落a~d既能大量增殖,又能产生抗体,C正确;图中细胞集落a可用于扩大化培养生产抗HCG单克隆抗体,D错误。 3.(2025·泰州模拟)人乳头瘤病毒(HPV)是一种DNA病毒,可诱发细胞癌变。抗HPV的单克隆抗体可以准确检测出HPV,从而及时监控宫颈癌的发生。以HPV衣壳蛋白为抗原制备出单克隆抗体的过程如图所示。下列叙述错误的是 (　　) A.在HAT培养基上存活的杂交瘤细胞既能无限增殖又可以分泌抗体 B.单克隆抗体的特点是能准确地识别抗原的细微差异,与特定抗原发生特异性结合,并且可以大量制备 C.可用HPV衣壳蛋白检测筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 D.单克隆抗体制备过程涉及的生物学原理有细胞增殖和细胞膜的选择透过性 解析:选D　单克隆抗体的制备过程主要运用的细胞工程技术包括动物细胞培养和动物细胞融合,原理依次是细胞增殖、细胞膜的流动性,D错误。 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.灭活病毒诱导细胞融合的原理是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,使细胞互相凝聚,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。 2.制备单克隆抗体时,不直接用经过免疫的B淋巴细胞来获得单克隆抗体的原因是用于获得杂交瘤细胞的B淋巴细胞为浆细胞,是高度分化的动物细胞,培养时很难恢复分裂能力,不能进行无限增殖,难以获得单克隆抗体。 3.制备的单克隆抗体在临床上不能直接用于人体,还需要对抗体进行人源化,即对鼠源单克隆抗体进行改造,使其大部分氨基酸序列为人源序列所替代,该过程的意义是鼠源单克隆抗体对人而言可能是异种抗原,经人源化后能保留抗体的特异性,降低其异源性。 4.dMAb技术是一种通过DNA编码产生单克隆抗体的技术,比传统的单克隆抗体制备方法有更多的发展潜力。下图是dMAb技术在埃博拉病毒感染疾病的临床研究中的操作流程。 与传统利用杂交瘤细胞产生单克隆抗体的技术相比,dMAb技术在抗体制备上的优势有抗体的产生在生物体内进行,不需要进行细胞体外培养;产生抗体的细胞种类不局限于免疫细胞(浆细胞);可制备成DNA“疫苗”,便于存储和运输;抗体直接由DNA编码产生,省去抗原刺激免疫细胞、细胞融合和筛选的步骤。 三、综合检测反馈 1.将小鼠细胞与人细胞融合后获得“人—鼠融合细胞”,发现人的染色体会随机丢失,最终只保留一条或几条染色体。下列叙述正确的是 (　　) A.获得“人—鼠融合细胞”的原理是细胞膜具有选择透过性 B.小鼠细胞与人细胞融合表明细胞膜具有信息识别的功能 C.“人—鼠融合细胞”的获得突破了人和小鼠之间的生殖隔离 D.可通过检测“人—鼠融合细胞”基因表达产物,初步定位人基因位于几号染色体 解析:选D　动物细胞融合技术的原理是细胞膜具有流动性,A错误;小鼠细胞与人细胞在诱导下融合,表明细胞膜具有流动性,B错误;如果“人—鼠融合细胞”的获得突破生殖隔离,则需要产生可育的后代,C错误;融合实验中,人染色体会随机丢失,最终只保留一条或几条染色体,可通过检测“人—鼠融合细胞”基因表达产物,初步定位人基因位于几号染色体,D正确。 2.如图为细胞融合的示意图,下列叙述正确的是 (　　) A.若a细胞和b细胞是植物细胞,需先脱分化再诱导融合 B.a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现 C.c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因 D.动物细胞融合与传统的有性杂交相比,其优越性在于能定向地改造生物的性状 解析:选B　若a细胞和b细胞是植物细胞,则需要先除去细胞壁,再诱导融合,A错误;两细胞融合需要促融处理后才能实现,B正确;融合后的杂种(交)细胞中的基因仍是选择性表达,不会表达全部的基因,C错误;细胞融合技术可以设计不同的细胞融合,但生物的性状不一定按照人们的设计表现出来,D错误。 3.CD47在多种肿瘤细胞高表达,通过与巨噬细胞表面SIRPα互作使肿瘤细胞逃避吞噬清除。研究者将CD47鼠源单克隆抗体与表达CD47的非肿瘤细胞共孵育后,加入荧光标记的SIRPα,检测细胞表面的荧光强度,结果如图。相关说法正确的是 (　　) A.CD47通过与SIRPα互作提高了机体免疫监视能力 B.制备鼠源单克隆抗体需将人B淋巴细胞与小鼠瘤细胞融合 C.CD47鼠源单克隆抗体必须达到一定浓度才能发挥作用 D.非肿瘤细胞替换成肿瘤细胞可检测肿瘤细胞被清除的效果 解析:选C　机体的免疫监视能力能够清除癌变的细胞,分析题意可知,CD47通过与巨噬细胞表面SIRPα互作使肿瘤细胞逃避吞噬清除,故CD47通过与SIRPα互作降低了机体免疫监视能力,A错误;制备鼠源单克隆抗体需将小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合,B错误;据图可知,CD47单克隆抗体在较低浓度范围内,与无关抗体的荧光强度一致,此时非肿瘤细胞表达的绝大多数CD47与SIRPα互作,使细胞表面产生荧光,当抗体浓度达到一定值后,越来越多的CD47与抗体结合使细胞表面的荧光强度显著下降,说明CD47鼠源单克隆抗体必须达到一定浓度才能发挥作用,存在剂量依赖效应,C正确;该实验通过检测细胞表面荧光强度判断CD47单克隆抗体的作用效果,而肿瘤细胞被清除还需要巨噬细胞的作用,故非肿瘤细胞替换成肿瘤细胞不能检测肿瘤细胞被清除的效果,D错误。 4.肠道病毒71型(EV71)和柯萨奇病毒A16(CV⁃A16)是引起手足口病(HFMD)的主要病原体,二者均可以引起重症HFMD。下图是制备可以同时治疗EV71和CV⁃A16感染的中和性单克隆抗体的过程,其中SP55和PEP55具有高度的同源性。相关叙述错误的是 (　　) A.过程①免疫小鼠时添加佐剂可增强机体对SP55的免疫应答 B.过程②可使用聚乙二醇诱导细胞融合,能够在HAT选择培养基中生长的细胞是杂交瘤细胞 C.过程③筛选出的杂交瘤细胞能分泌抗SP55和抗PEP55的抗体 D.过程④中当细胞生长到表面相互接触停止分裂时,从培养液中获取抗体 解析:选D　分析题图可知:过程①用特定抗原注射小鼠体内,使其发生免疫,小鼠体内产生具有免疫能力的B淋巴细胞,佐剂是非特异性免疫增强剂,当与抗原一起注射,可增强机体对抗原的免疫应答,A正确;过程②诱导细胞融合,可使用聚乙二醇诱导,经过HAT选择培养基进行筛选,能够生长的细胞是杂交瘤细胞,B正确; 过程③进行克隆化培养和抗体检测，筛选出能产生所需单克隆抗体的杂交瘤细胞，因SP55和PEP55具有高度同源性，则该种抗体能中和SP55和PEP55，C正确；过程④为体外培养,杂交瘤细胞无接触抑制现象,D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $