2.2.1动物细胞培养课件-2026-2027学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦动物细胞培养，涵盖概念、原理、条件、过程及应用，结合干细胞培养展开。以“科技探索之路”发展历程时间线导入，通过问题驱动和植物-动物细胞培养对比表格，搭建学习支架衔接前后知识。 其亮点在于以发展历程培养科学思维，通过“思考·讨论”和对比分析深化生命观念，融入视频观看和CART疗法实例促进探究实践。采用问题驱动与实例教学，学生能提升分析能力，教师可高效开展教学。

2.2 动物细胞工程 （一）动物细胞培养 动物细胞培养 动物细胞核移植 动物细胞融合 生产单克隆抗体 动物细胞工程技术包括： 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 动物细胞工程的发展历程 科技探索之路 3 （1）概念（教材43页）： （2）原理： （3）地位： 动物细胞工程的基础 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；不能获得完整动物个体 一、动物细胞培养 机体给体内的细胞提供了哪些适宜的条件使其能够维持正常的生命活动? 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? 营养条件：如糖类、氨基酸、无机盐等; 环境条件：如温度、pH、渗透压等。 动物细胞培养所需的基本条件 营养 条件 其他 条件 ①糖类、 ②氨基酸、 ③无机盐、 ④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 充足的营养、稳定的内环境 一、动物细胞培养的条件 一、动物细胞培养的条件 将细胞所需的________按其_____和_________严格 配制而成的培养基。 营养物质 种类 所需量 使用合成培养基时，通常需加入____等一些天然成分 血清 (1)已知成分： (2)未知成分： 成分： 糖类、氨基酸、无机盐、维生素等 1.营养： 合成培养基 一、动物细胞培养的条件 补充资料： 1、血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等， 2、氨基酸有多种，是细胞合成蛋白质的基本成分，其中有些氨基酸动物 细胞本身不能合成（称为必需氨基酸），必须由培养液提供。 3、血清激素有胰岛素、生长激素等及多种生长因子；血清还含有多种未 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。 血清中含有多种未知的促细胞生长因子等营养物质，这是细胞生长和增殖所必需的。 1.营养： 为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？ (2)在________下进行操作； (3)还需要______________。 一、动物细胞培养的条件 2.无菌无毒的环境 (1)对______和所有____________进行_____处理； 培养液 培养用具 灭菌 无菌环境 定期更换培养液 在细胞培养液中添加一定量的抗生素 如何防止培养过程中的微生物污染？ 一、动物细胞培养的条件 3.温度、PH、渗透压 维持适宜渗透压的目的______________________ (3)适宜的渗透压： 哺乳动物细胞培养的温度多以_ __________为宜； (1)适宜的温度： 36.5±0.5℃ 维持细胞正常的形态和功能 (2)适宜的pH： 细胞培养的最适 pH 为 7.2～7.4。培养过程一定要控制 pH，采用酚酞等指示 剂跟踪培养基的酸碱度变化。 一、动物细胞培养的条件 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 （95%）O2: （5%）CO2： 动物细胞培养的基本操作过程是什么？ 二、动物细胞培养的过程 1.取动物组织： 11 二、动物细胞培养的过程 2.分散成单个细胞： (1)原因: ①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。 ②分散有利于与培养液充分接触，保证O2与营养供应和代谢物及时排出。 12 二、动物细胞培养的过程 2.分散成单个细胞： (2)方法: 用机械法或用胰蛋白酶/胶原蛋白酶等处理。 13 机械法 胰蛋白酶/胶原蛋白酶 二、动物细胞培养的过程 2.分散成单个细胞： 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。 思考1：胃蛋白酶可以吗？理由： 思考2：用胰蛋白酶处理组织时应注意什么？ 15 3.制细胞悬浮液： 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)操作方法： 16 二、动物细胞培养的过程 4. 培养 悬浮生长：细胞能够悬浮在培养液中生长增殖。如白细胞、骨髓细胞和胸水、腹水等癌细胞。 贴壁生长：则需要贴附于某些基质表面才能生长增殖，大多数细胞属于这种类型，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。 要求：培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒、易于贴附 17 接触抑制: 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的现象 贴壁生长 →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 二、动物细胞培养的过程 4.原代培养 原代培养： 悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻，贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素影响外，还会发生接触抑制现象 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 细胞分裂受阻！ 19 二、动物细胞培养的过程 传代培养操作流程 悬浮型细胞 贴壁型细胞 离心 细胞悬液 细胞 加培养液 分瓶培养 胰蛋白酶 分散的细胞 胶原蛋白酶 离心 细胞悬液 细胞 加培养液 分瓶培养 5.分瓶培养 判断依据：是否分瓶！ 传代培养： 分瓶后的细胞培养。 ② 细胞悬液，分瓶培养 ① 收集细胞 20 培养细胞生命期 少数：遗传物质改变，常出现异常染色体失去接触抑制、形状不规则，获得不死性（永生性） 传代培养期：分裂旺盛，形态结构稳定，10-50代。 细胞开始出现变异 应及时冻存（-80℃速冻）。 原代培养期：移动活跃，分裂不旺盛，生物学特征依然保持 大部分：衰老死亡：细胞寿命有限，与遗传和环境有关。 根据细胞在体外培养的特征，以时间为横坐标，细胞数目的对数为纵坐标，根据细胞数目增长的特征，我们把细胞的生命期分成几个阶段： 原代培养期：刚刚接种到培养瓶的细胞移动活跃，细胞分裂不旺盛，原组织生物学特征依然保持，呈二倍体核型。此时期适于做药物测试，细胞分化等方面研究。 传代培养期：细胞代谢旺盛，形态结构稳定，一般维持10∼50代，持续时间与细胞种类、供体年龄等有关。在此阶段，有些细胞会发生遗传物质的改变，为防止细胞的变化，应根据需要对培养的细胞及时冻存。一般对细胞进行-80℃超低温保存。 衰老与死亡期：多数细胞会出现衰老和死亡，原因是细胞寿命有限，与遗传和环境有关。 转化期：传代50代以后，少数细胞发生转化，遗传物质发生改变，常出现异常染色体，失去接触抑制、密度抑制，形状不规则，获得不死性（永生性）。 21 观看视频：动物细胞的培养 资料 下面我们通过观看一段视频，了解一下动物细胞培养的具体操作过程，请大家注意观察，在操作过程中，有哪些保证无菌的措施。 22 思考•讨论 有关动物细胞培养的问题 二、动物细胞培养的过程 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，哪些细胞更易于培养?为什么? 细胞的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，幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞易于培养。同样，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。 提示： 思考•讨论 有关动物细胞培养的问题 二、动物细胞培养的过程 2.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处? 植物组织培养 动物细胞培养 原理 培养前处理 取材 培养基的物理性质 培养基的成分 植物细胞的全能性 细胞增殖 离体 用机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶将组织细胞分散开 离体植物器官、组织、细胞 动物胚胎或幼龄动物的组织、器官 固体 液体(又称培养液) 有机营养成分无机营养成分植物激素 糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养物质及一些天然成分如血清 植物组织培养 动物细胞培养 特有成分 特殊环境条件 结果 是否体现细胞的全能性 过程 相同点 再分化需光 气体环境 一般获得新的植株 获得大量细胞 是 否 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。 外植体 脱分化 愈伤组织 再分化 根、芽 幼苗 完整植株 移栽成活 取动物组织 制成细胞悬液 转入培养液进行原代培养 分瓶 进行传代培养 植物激素 血清 1.培养的正常细胞或组织的利用 三、动物细胞培养技术的应用 大面积皮肤移植替代产品：安体肤 动物细胞培养“人造肉” 大面积烧伤病人以往通过自体皮肤进行移植，但自体皮肤皮源不足，存在“拆东墙补西墙”的窘境，同时还会由于取皮对人体造成二次伤害。异体皮肤移植又往往存在排异反应。 2017年11月, 我国第一个组织工程产品“安体肤”获批上市，该人造皮肤将取自包皮组织的表皮细胞和真皮成纤维细胞，去除免疫应答相关细胞后进行扩增，将扩增的表皮细胞和成纤维细胞复合在牛胶原蛋白支架上，构建和人体结构类似的组织工程皮肤。“安体肤”应用于烧烫伤患者，可以改善创面愈合的环境，具有加快愈合速度、迅速减轻疼痛、及时保护创面、避免二次创伤、减轻色素沉着、瘢痕形成等优点。与国外同类产品相比具有生产成本低廉、生产周期短、制备工艺简单、临床效果理想的优点。 人造皮肤目前也还存在很多缺陷，如透气性不够，汗液无法排出等问题，各国的改善性研究还在继续。 目前，组织工程在皮肤、神经、心肌、软骨等替代研究方面取得了较大进展，未来，随着研究的进展，将会为糖尿病、阿尔兹海默症、心血管疾病等治疗带来曙光。 右图是科学家设计利用动物细胞培养技术生产食用“人造肉”的流程，通过对牛的相关组织细胞分离、培养生产无激素、无抗生素的清洁肉类，你认为可能存在哪些技术性障碍需要解决。 26 2.利用动物细胞培养生物制品 麝香 流感疫苗 犬瘟热病毒单克隆抗体 利用动物细胞作为反应器，在细胞内培养病毒或生产细胞分泌物，如药物，疫苗，抗体等 三、动物细胞培养技术的应用 麝香是一种常用中药，传统的生产主要是从野生和人工饲养的麝鼠香囊中获取，但产量较低，不能满足市场需要。中国农业科学院特产研究所陈玉山等人通过对麝鼠香腺结构的观察表明，麝鼠香囊由腺细胞、支持细胞和排香管组成，以顶浆分泌方式泌香。在此基础上，姜峰、陈玉山等通过实验实现体外麝鼠香腺上皮细胞的克隆和传代，成功获得了麝鼠香，检测结果表明体外细胞分泌的麝鼠香其化学成分与自然分泌的麝鼠香相近。麝鼠香腺细胞体外培养生产麝鼠香的成功为此类药用动物( 特别是林麝) 细胞培养打下了坚实的理论基础。 除此自外，动物细胞培养在生产疫苗、抗体等细胞分泌物等方面的技术已经逐渐成熟。 27 3.用培养的动物细胞对药物、化妆品毒性进行检测 三、动物细胞培养技术的应用 化妆品通常与人体直接接触，其安全问题备受关注。传统检测使用兔、鼠或美容手术等弃置的人体皮肤作为实验材料，存在评价周期较长、重复性差、精确度低等缺点。动物与人具有种间的生理与敏感性差异,动物试验结果在外推到人类时具有不确定性。 陕西博溪生物科技有限公司利用表皮细胞、成纤维细胞、黑色素细胞、血管内皮细胞、脂肪间充质干细胞等构建了一系列各种3D皮肤模型和3D角膜上皮等模型，开展化妆品、化学品、等体外安全性、功效性检测以及皮肤生理检测等。 目前，借助组织、细胞培养技术构建的表皮、皮肤、角膜等模型，代替动物进行实验在新药的研制，药物的有效性、安全性评价等也获得发展，取得结果与动物实验接近，可重复性更高，更接近人体真实情况。 28 4.基因工程的受体细胞 CART疗法（嵌合抗原受体T细胞疗法） 三、动物细胞培养技术的应用 CAR-T疗法嵌合抗原受体T细胞疗法，也就是应用患者自身的T淋巴细胞，经过实验室重新改造，装载上具有识别肿瘤抗原的受体及共刺激分子，加强T细胞对肿瘤细胞的识别能力，体外扩增后再次回输入患者体内，从而识别并攻击自身的肿瘤细胞。 如图是CAR-T疗法的示意图，大致流程如下： 1.分离T细胞：通过外周血血细胞分离机从肿瘤病人血液中分离出单个核细胞，进一步磁珠纯化T细胞。 2.改造T细胞：用基因工程技术，把一个含有能识别肿瘤细胞且激活T细胞的嵌合抗原受体的病毒载体转入T细胞，即把T细胞改造成CAR-T细胞。 3.扩增CAR-T细胞：在体外培养以大量扩增CAR-T细胞。 4.CAR-T细胞回输入人体：把扩增好的CAR-T细胞通过静脉回输到病人体内，开始进行肿瘤细胞免疫治疗。 5.监控反应：严密监护病人身体反应，尤其是细胞输入体内后一至两周内可能发生剧烈不良反应。 CAR-T的关键技术是通过基因工程改造T细胞，以及改造后的CAR-T细胞体外培养。 目前，CAR-T疗法除了在治疗急性淋巴细胞白血病取得成功以外，针对如：卵巢癌、脑瘤等实体肿瘤的CAR-T技术也取得了新的进展，研究人员甚至在研制“超级T细胞”，期望可以对抗或预防多种肿瘤细胞。针对如何减低CART疗法的副作用的研究也正在积极开展。　 相信在不久的将来，癌症治疗可能只需在门诊挂个号、输个液了。 29 培养 人造皮肤 皮肤 细胞 培养 新的皮肤组织 移植 干 干细胞： 动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。 30 四、干细胞培养及其应用 (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。 干细胞 (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 三、干细胞培养及其应用 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。 胚胎干细胞 分布 特点 应用实例 在体外分化成心肌细胞、 神经元细胞和造血干细胞等 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。 局限性 1.胚胎干细胞(ES细胞) 三、干细胞培养及其应用 2.成体干细胞 成体组织或器官内 造血干细胞（骨髓、外周血和脐带血中） 神经干细胞（神经系统中） 精原干细胞（睾丸中） 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 成体干细胞 分布 举例 特点 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→ 治疗细胞损伤造成的疾病 三、干细胞培养及其应用 3.诱导多能干细胞（iPS细胞） 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。 可治疗镰状细胞贫血症； 在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等的研究也取得新进展 因此，普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞 诱导小鼠成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞 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、B细胞） 诱导多能干细胞 概念 制备方法 应用 优点 ②用小分子化合物诱导形成。 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 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 诱导iPS细胞及其应用 三、干细胞培养及其应用 3.诱导多能干细胞（iPS细胞） 35 干细胞的种类 来源或存在部位 作用 有无组织特异性 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 造血干细胞 神经干细胞 精原干细胞 主要在骨髓、外周血和脐带血中 神经系统 睾丸 分化为成体的任何一种细胞，有形所有组织和器官甚至个体的潜能 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 无 有 体外诱导成纤维细胞、B细胞或T细胞等产生 类似于胚胎干细胞，能分化为成体的任何一种细胞，有形所有组织和器官甚至个体的潜能 无 36 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 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 Lavf58.29.100 $