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章 细胞工程 细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。 细胞 工程 植物细胞工程 动物细胞工程 科技探索之路 动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程（课本P33） 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 第2章 细胞工程 目标 01 02 03 运用稳态与平衡观，分析动物细胞培养的条件。（生命观念） 对干细胞培养用于人类疾病治疗等社会热点问题进行科学评价（社会责任） 用归纳与概括、演绎与推理等方法，用文字和图示说明动物细胞培养的过程。（科学探究） 第2节 动物细胞工程 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。 问题: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？ 人体再生术的秘密—人造皮肤（视频） 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 问题:什么是动物细胞培养？ 人造皮肤 单克隆抗体 克隆猴 是最基础的技术 从社会中来 目录 动物细胞培养的条件 1/ 动物细胞培养的过程 2/ 干细胞培养及其应用 3/ 一 动物细胞培养 合作探究：阅读教材P43—44，结合选择性必修一所学内容思考以下问题，小组合作思考讨论完成问题。 1.什么是动物细胞培养？原理是什么？目的是什么？ 2.动物细胞培养实际上是在体外模拟体内的生理条件进行的培养，你认为体外培养动物细胞需要满足哪些条件? 3.如何维持无菌、无毒的环境？适宜的温度、pH和渗透压分别是多少？适宜的气体环境包括？分别有什么作用？如何保持该气体环境？ 一、动物细胞培养概念及条件 1.概念： 一、动物细胞培养概念及条件 从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 动物体 组织 单个细胞 细胞生长和增殖 取出 分散 适宜条件 ①原理 ②地位 ③对象 ④目的 细胞有丝分裂 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 问题:那么，动物细胞的培养需要哪些条件呢？ 不能获得完整 动物个体 一、动物细胞培养概念及条件 2.培养的条件： 动物细胞培养所需的基本 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 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。 培养基的构成：合成培养基 + 血清等天然成分 一般使用液体培养基，也称为培养液。 (1)营养： 一、动物细胞培养的条件概念及条件 (2)无菌、无毒的环境： 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 无毒 定期更换培养液 问题: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 问题:如何防止培养过程中的微生物污染？ 在细胞培养液中添加一定量的抗生素 2.培养的条件： 一、动物细胞培养的条件概念及条件 2.培养的条件： (3)温度、PH、渗透压： 多数动物细胞生存的适宜pH为________ ①适宜的温度： 36.5±0.5℃ 7.2-7.4 维持细胞正常的形态和功能 哺乳动物细胞培养的温度多以_ __________为宜； 维持适宜渗透压的目的______________________________ ②适宜的pH： ③适宜的渗透压： 一、动物细胞培养的概念及条件 2.培养的条件： (4)气体环境： 动物细胞培养所需气体主要有_____和______ 用培养皿或松盖培养瓶, 在含有_______________和__________的混合气体的__________ O2 CO2 细胞代谢所必需的 维持培养液的pH 95%空气 5%CO2 CO2培养箱 ①组成 不同气体的作用是什么？ ②培养仪器 （95%的空气）O2: （5%）CO2： 二、动物细胞培养的过程 合作探究：请同学们自主阅读教材P44-45，小组合作思考讨论完成问题。 1.体外培养动物细胞有哪些类型？ 2.请简述动物细胞培养的过程。 3.为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物细胞培养材料？ 4.为什么将取出的组织分散成单个细胞？如何将组织分散成单个细胞？ 说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶可以吗？ 5.什么是细胞贴壁？什么是接触抑制？ 6.为什么要进行分瓶培养？怎么处理？ 7.什么是原代培养和传代培养？两种“培养”都用到胰蛋白酶处理，对象相同吗？ 1.动物细胞培养的类型： 二、动物细胞培养的过程 第1类：悬浮生长细胞 第2类：贴壁生长细胞 （主流） 接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖。 悬浮培养瓶 细胞贴壁：在培养瓶悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上。 二、动物细胞培养的过程 接触抑制 原代培养 传代培养 细胞贴壁 大多数体外培养的细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖 当贴壁细胞分裂生长到表面互相接触时，细胞通常会停止分裂增殖 将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养 将分瓶后的细胞培养称为传代培养 1.动物细胞培养的类型： 主要是贴壁生长细胞 认识相关概念 二、动物细胞培养的过程 传代培养 放入CO2培养箱中培养 取动物组织 制成细胞悬液 转入培养液进行原代培养 放入CO2培养箱中培养 分瓶 1.取动物组织 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 2.分散成单个细胞 加培养液 3.制成细胞悬液 4.原代培养 在培养皿或培养瓶中 5.传代培养 细胞分裂受阻 悬浮生长 贴壁生长 密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等 原因 接触抑制 原因 解决办法 2.动物细胞培养的过程： 二、动物细胞培养的过程 分瓶 1.取动物组织 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 2.分散成单个细胞 加培养液 3.制成细胞悬液 4.原代培养 在培养皿或培养瓶中 5.传代培养 细胞分裂受阻 悬浮生长 贴壁生长 密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等 原因 接触抑制 原因 解决办法 2.动物细胞培养的过程： (1)取材: 一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。 (2)取材原因: 其细胞生命力旺盛， 分化程度低，分裂能力强。 3.取动物组织 二、动物细胞培养的过程 4.分散成单个细胞 (1)原因: (2)方法: 从动物体取出的成块组织中，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。 分瓶 1.取动物组织 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 2.分散成单个细胞 加培养液 3.制成细胞悬液 4.原代培养 在培养皿或培养瓶中 5.传代培养 细胞分裂受阻 悬浮生长 贴壁生长 密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等 原因 接触抑制 原因 解决办法 2.动物细胞培养的过程： (3)胰蛋白酶的作用： (4)胃蛋白酶可以吗？(课本P44)理由： (5)用胰蛋白酶处理组织时应注意什么？ 将动物组织细胞间的蛋白质成分酶解，使细胞分散开，获得单个细胞 胃蛋白酶不可以，pH不适宜 细胞膜含有蛋白质，长时间处理会损伤细胞，要控制好时间。 二、动物细胞培养的过程 分瓶 1.取动物组织 用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理 2.分散成单个细胞 加培养液 3.制成细胞悬液 4.原代培养 在培养皿或培养瓶中 5.传代培养 细胞分裂受阻 悬浮生长 贴壁生长 密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等 原因 接触抑制 原因 解决办法 2.动物细胞培养的过程： 5.原代培养 将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中培养。 ①悬浮生长类： 能够悬浮在培养液中生长增殖。 需要贴附于某些基质表面才能生长增殖（细胞贴壁），大多数细胞属于此类。 ②贴壁生长类： (1)操作方法： (2)体外培养的动物细胞类型 二、动物细胞培养的过程 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。 原代培养（视频） 二、动物细胞培养的过程 二、动物细胞培养的过程 传代培养（视频） 二、动物细胞培养的过程 6.动物细胞培养的意义： （1）生产生物制品 酶、生长因子、疫苗、单克隆抗体等 （2）进行有毒物质和药物的检测 （3）临床治疗 （如人工皮肤） （4）生物学基础研究 （细胞全能性的揭示、细胞周期及调控、癌变机理及细胞衰老的研究） 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 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 二、动物细胞培养的过程 问题:请列表比较动物细胞培养和植物组织培养。 植物组织培养和动物细胞培养的比较 课堂小结 动物细胞培养 动物细胞培养的概念和原理 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 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 (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 取动物组织 单个细胞 细胞悬液 原代培养 传代培养 神奇的干细胞—人类长生不老或将成为可能（视频） 从社会中来 三、干细胞培养及其应用 3.科学家是怎样获得iPS细胞的？如何应用于治疗人类疾病？ 它与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？ 2.这些类型各有怎样的特点和哪些方面的应用？ 1.什么是干细胞？有什么特点？分布在哪里？有哪些类型？ 4.你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？ 合作探究：请同学们自主阅读教材P46，小组合作思考讨论完成问题。 神奇的干细胞—干细胞的种类（视频） 三、干细胞培养及其应用 三、干细胞培养及其应用 1.干细胞概念和分布 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。存在于早期胚胎、骨髓和脐带血。 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 2.干细胞类型和特点 干细胞的种类 胚胎干细胞 成体干细胞 存在于早期胚胎中，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。 是成体组织或器官内的干细胞，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。 三、干细胞培养及其应用 2.干细胞类型和特点 (1)胚胎干细胞： 简称ES细胞 胚胎干细胞 分布 特点 局限性 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。 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。 需要分化诱导因子诱导 三、干细胞培养及其应用 成体干细胞 分布 特点 运用实例 实例 成体组织或器官内 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造血干细胞（骨髓、外周血和脐带血中） ②神经干细胞（神经系统中） ③精原干细胞（睾丸中） 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→ 发现最早、研究最多的、应用最成熟的实例 2.干细胞类型和特点 (2)成体干细胞： 三、干细胞培养及其应用 2.干细胞类型和特点 (2)成体干细胞： 面临的问题 运用展望 存在导致肿瘤发生的风险 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。 成体干细胞 三、干细胞培养及其应用 2.干细胞类型和特点 (3)诱导多能干细胞： 简称iPS细胞 ①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 ②诱导及流程 病人 各种类型的细胞 导入特定基因 导入特定蛋白 小分子化合物诱导 成纤维细胞 T细胞 B细胞 iPS细胞 分化 取出 移植 三、干细胞培养及其应用 iPS细胞用于治疗人类疾病示意图及视频 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 2.干细胞类型和特点 (3)诱导多能干细胞： 简称iPS细胞 ②诱导及流程 三、干细胞培养及其应用 诱导多能干细胞 获取方法 优点 运用 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。 ①将特定基因或特定蛋白导入细胞 ②用小分子化合物诱导形成。 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 2.干细胞类型和特点 (3)诱导多能干细胞： 简称iPS细胞 三、干细胞培养及其应用 2022年3月21日，中科院与合作伙伴在《nature》杂志上发表了一项重量级世界首创研究，宣布发现了一种非转基因、快速且可控的“鸡尾酒”细胞重编程方法，通过体细胞诱导首次获得了类似受精卵发育3天状态的人类全能干细胞，这是目前全球在体外培养的“最年轻”人类细胞。若将其用于再生医学，培育得到的器官更接近于真实器官，对人体器官的体外再生解决器官短缺等问题有着重要意义。 拓展延伸：iPS细胞研究历史（标志性事件） 三、干细胞培养及其应用 3.干细胞治疗目前存在的问题： 存在着导致肿瘤发生的风险 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。 ES细胞、成体干细胞、iPS细胞的比较 三、干细胞培养及其应用 动物细胞培养 动物细胞培养的概念和原理 动物细胞培养的条件 动物细胞培养的过程 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 (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 取动物组织 单个细胞 细胞悬液 原代培养 传代培养 干细胞培养及其应用 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 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 课堂小结 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 练习与应用 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(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。 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？ 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。 白血病与造血干细胞 Lavf57.25.100 Lavf58.51.100 Lavf58.51.100 Lavf58.45.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $