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

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：动物细胞工程的发展历程 1. 说出动物细胞培养需要的条件。 2. 记住动物细胞培养的基本过程，分清原代培养和传代培养。 3. 了解干细胞的特点和在医学上的简单应用。 第2章 细胞工程 第2节 动物细胞工程 一 动物细胞培养 从社会中来 小面积烧伤：患者通过切除 + 植皮(自身)后恢复。 大面积烧伤？ （1）使用他人皮肤？ （2）患者自身的不够用，如何解决？ 怎样才能获得大量自体健康皮肤？ 易产生免疫排斥反应 通过细胞培养构建人造皮肤 可从病人身上取少量正常、健康皮肤在体外进行培养、扩增。 ——动物细胞培养 动物细胞工程 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 克隆猴：中中和华华 单克隆抗体 人造肉 动物细胞工程 一、动物细胞培养的条件 动物细胞培养是指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。 细胞增殖（有丝分裂） (3)原理： (1)概念： (2)目的： 获得细胞或者细胞产物，不能获得完整动物个体 ﹤ 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 维生素等 适宜温度、pH和渗透压 无菌、无毒的环境 适宜的气体环境 未体现动物细胞的全能性 1.动物细胞培养 2.动物细胞培养的条件 体内细胞维持生命活动和增殖需要营养和稳定的内环境，体外培养细胞需要类似的以下条件: 一、动物细胞培养的条件 2.动物细胞培养的条件 (1)营养 合成培养基 +血清等一些天然成分 ①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制而成的培养基称为合成培养基。 ②血清等一些天然成分: 思考 动物细胞培养时为什么要添加动物血清？ 人们对动物细胞所需营养物质尚未全部研究清楚， 动物血清中某些含人类未知、细胞生长增殖所必需的物质。 培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。 一、动物细胞培养的条件 2.动物细胞培养的条件 (2)无菌、无毒的环境 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 ③可根据实际情况适量添加抗生素 （清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害） ④定期更换培养液 防止微生物污染 (3)温度、pH和渗透压 ①适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以 为宜； ②适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为 ； ③适宜的渗透压：维持细胞正常的 和功能。 36.5 ± 0.5℃ 7.2～7.4 形态 一般与动物体内相同 CO2培养箱 一、动物细胞培养的条件 2.动物细胞培养的条件 (4)气体环境 ①气体的组成及作用 细胞代谢所必需的 维持培养液的pH O2: CO2： ②容器： 通常采用培养皿或松盖培养瓶。 ③仪器： 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。 液体培养基 松盖培养瓶 二、动物细胞培养的过程 1.动物细胞培养的过程 (1)取动物组织 ①动物相关组织的选择：一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 ②取材原因：细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。 (2)动物组织处理——制成细胞悬液 ①将组织分散成单个细胞：用机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间 原因：成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖 一是能使细胞与培养液充分接触，保证细胞所需要的营养供应； 二是能保证细胞内有害代谢物的及时排出。 ②用培养液将细胞制成细胞悬液。 将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中进行原代培养。 思考 二、动物细胞培养的过程 1、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。 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、胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗，为什么? 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，胰蛋白酶会把细胞消化掉。 因此，胰蛋白酶处理的时间不能太长。 二、动物细胞培养的过程 1.动物细胞培养的过程 (3)原代培养 ①悬浮生长类细胞（少数） 悬浮培养瓶 细胞能够悬浮在培养液中生长， 会因 、 和培养液中 等因素而分裂受阻。 细胞密度过大 有害代谢物积累 营养物质缺乏 二、动物细胞培养的过程 1.动物细胞培养的过程 ②贴壁生长类细胞（大多数） 细胞贴壁：大多数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。 刚开始铺展贴壁生长 贴壁生长并进行有丝分裂 单层贴满瓶壁后出现接触抑制 接触抑制：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。 (3)原代培养 体外动物细胞培养如何解决细胞分裂受阻的问题呢？ 二、动物细胞培养的过程 1.动物细胞培养的过程 (4)分瓶、进行传代培养 ①收集细胞 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。 ②将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养 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。 直接用离心法收集 ②贴壁生长类： ①悬浮生长类： 原代培养： 传代培养： 思考 动物细胞的整个培养过程中可能多次用到胰蛋白酶或胶原蛋白酶？ 通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养。 将分瓶后的细胞培养成为传代培养。 二、动物细胞培养的过程 1.动物细胞培养的过程 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 加培养液 在培养皿或培养瓶内 细胞分裂受阻 二、动物细胞培养的过程 思考 正常细胞能否一直传代培养下去？ 原代培养： 传代培养 10代细胞 50代细胞 无限传代 10代以内，保持细胞正常的二倍体核型(遗传物质不改变)； 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 (遗传物质改变) 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 细胞悬浮液 分散成单个细胞 加培养液 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 细胞株 细胞系 思考.讨论 1.幼龄动物的细胞与老龄动物的细胞比较，分化程度低的细胞与分化程度 高的细胞比较，哪些细胞更容易培养？为什么？ 细胞增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，一般来说，幼龄动物细胞比老龄动物细胞易于培养。分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。 2.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处？ 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 培养过程 培养结果 培养目的 相同点 获得细胞或细胞产物 常用固体培养基 完整植株 动物血清 常用液体培养基 细胞增殖（有丝分裂） 植物细胞的全能性 获得大量细胞 快速繁殖等 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。 原代培养、传代培养 脱分化、再分化 三、干细胞培养及其应用 2.分布： 3.类型： 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。 1.干细胞的概念： 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 胚胎干细胞 成体干细胞 按来源 全能干细胞 多能干细胞 按分化潜能 专能干细胞 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 三、干细胞培养及其应用 (1)胚胎干细胞（简称ES细胞） 3.干细胞的类型 ①分布： ②特点： ③应用实例： ④局限性： 存在于 中 具有分化为成年动物体内的 类型的细胞，并进一步形成机体的 甚至 的潜能。 目前科学家已分离出了小鼠、兔、牛、猴和人等的ES细胞，在体外培养可分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等细胞。 必须从胚胎中获取 ，涉及 ；因而限制了在医学上的应用。 早期胚胎 任何一种 个体 所有组织和器官 伦理问题 三、干细胞培养及其应用 (2)成体干细胞 3.干细胞的类型 ①分布： ③特点： ②常见类型 存在于 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 具有 性，只能分化成 细胞或组织， 发育成完整个体的能力。 成体 （骨髓、外周血和脐带血中） （神经系统中） （睾丸中） 组织特异 特定的 不具有 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 、 和 等密切相关。 发育 再生 修复 造血干细胞 发现最早、研究最多、应用最成熟 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→ 三、干细胞培养及其应用 (3)诱导多功能干细胞（iPS细胞） 3.干细胞的类型 ②诱导方法： 借助载体将 或 导入细胞（成纤维细胞以及已分化的 均可）； 用 诱导形成。 特定基因 特定蛋白 T细胞、B细胞 小分子化合物 ③优点： 诱导过程无须破坏胚胎，不涉及伦理问题； 成纤维细胞 iPS细胞 ④风险： 存在着导致肿瘤发生的风险。 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）。 ①概念： 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。 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 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 三、干细胞培养及其应用 (3)诱导多功能干细胞（iPS细胞） 3.干细胞的类型 ⑤应用： iPS细胞用于治疗人类疾病示意图 (1)1→2过程的实质是什么？ 基因的选择性表达 (2)诱导多能干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？ 诱导多能干细胞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。 如图为iPS细胞的培养和利用过程，请据图回答问题： 1 2 （3）利用诱导多能干细胞形成的组织细胞移植后会产生免疫排斥吗？ 由于人造器官是由病人自身细胞经诱导分化形成的，所以理论上可以避免免疫排斥反应。 来源或存在 功能、特点 局限性 胚胎干细胞 (ES细胞) 成体干细胞 诱导多能干细胞(iPS细胞) 早期胚胎 能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体 成体组织或器官，如造血干细胞、神经干细胞和精原干细胞等 体外诱导 体细胞产生 能分化成为具有特定功能的细胞来治疗疾病。无须破坏胚胎，且避免免疫排斥反应 具有组织特异性，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 需从胚胎中获取，涉及伦理问题，限制了它在医学上的应用 技术不成熟 有肿瘤发生的风险 三、干细胞培养及其应用 4.三种干细胞的比较 练习与应用P47 一、概念检测 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（ ） × √ × × 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 练习与应用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(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。 （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。 $