【课件】动物细胞工程课件高二下学期生物人教版选择性必修3.pptx

1907年哈里森用一滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法1958年斯图尔德等发现胡萝卜的体细胞可以分化为胚，为细胞全能性理论提供了强有力的支持。1998年汤姆森和吉尔哈特获得可体外培养的人胚胎干细胞2006年山中伸弥获得诱导多能干细胞1975年米尔斯坦和科勒获得能稳定遗传的单克隆抗体的杂交瘤细胞株。1971年卡森诱导烟草原生质体融合，培育出第一株体细胞杂交植物1960年科金用真菌的纤维素酶分解番茄根的细胞壁，成功获得了原生质体。1996年世界上第一只体细胞克隆羊多莉诞生，随后多种克隆动物相继问世。2017年我国科学家首次培育了体细胞克隆猴。2.2 动物细胞工程（第1课时）从社会中来在治疗大面积烧伤时，通常采用自体移植的方法。但个体的皮肤是非常有限。若使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。那么，能否用自体单个细胞培养出可移植的皮肤呢？可以通过动物细胞工程解决这个问题。动物细胞工程包括：动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植。其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。新课导入1、概念：从动物体中取出相关组织，将它们分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖。2、原理：细胞增殖一、动物细胞培养3、结果：细胞1.1.营养营养基本营养：水、无机盐、有机碳源（糖类）、有机氮源（氨基酸）特殊物质：维生素、（相应动物）血清？血清含有尚未研究清楚的细胞所需的营养物质合成培养基+血清等一些天然成分分析分析1 1：培养基的类型：培养基的类型：固体培养基固体培养基oror液体培养基液体培养基 合成培养基合成培养基 or or 天然培养基天然培养基将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制的培养基。（1 1）培养基构成：培养基构成：（2 2）培养基种类：培养基种类：液体培养基（按物理性质）、合成培养基（按化学成分）（一）动物细胞培养的条件2.无菌、无毒的环境措施：对培养液和所有培养用具进行无菌处理目的：清除代谢物，防止代谢物积累对细胞自身造成危害。3.温度、pH和渗透压4.气体环境95%95%空气空气+5%+5%COCO2 2 的混合气体：的混合气体：空气（空气（OO2 2）：；COCO2 2 ：。细胞代谢必需维持培养液中的pH值（1）适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以_为宜36.50.5（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具体操作：具体操作：通常采用通常采用培养皿培养皿或或松盖培养瓶松盖培养瓶。置于含有置于含有95%空气空气和和5%CO2的的混合气体的的CO2培养箱培养箱中进行培养。中进行培养。（常用）无菌无毒 措施：定期更换培养液，以便清除代谢物目的：防止微生物污染。（一）动物细胞培养的条件1、动物细胞培养的过程动物组织块分散成单个细胞胚胎或幼龄动物的组织块机械方法；胰蛋白酶或胶原蛋白酶1）选幼龄动物（或胚胎）的组织器官原因：胚胎或幼龄动物的组织细胞分化程度低，细胞增殖能力强（有丝分裂旺盛），容易培养。2）培养前为什么分散成单个细胞？分散不会限制彼此的生长与增殖；分散有利于与培养液充分接触，更易进行物质交换。（二）动物细胞培养的过程1、动物细胞培养的过程动物组织块分散成单个细胞胚胎或幼龄动物的组织块机械方法；胰蛋白酶或胶原蛋白酶3）胰蛋白酶或胶原蛋白酶的作用是什么？作用：水解蛋白质，使组织细胞分散成单个细胞。由此说明：细胞间的物质成分是蛋白质。（二）动物细胞培养的过程4）分散细胞时为何不选用胃蛋白酶？原因：多数动物细胞生存的适宜pH为7.27.4，而胃蛋白酶的适宜pH约为2。在此环境中胃蛋白酶会失活。动物组织块分散成单个细胞胚胎或幼龄动物的组织块机械方法；胰蛋白酶或胶原蛋白酶制成细胞悬液培养液5）培养液（液体培养基）有什么成分？成分：糖（葡萄糖）、氨基酸、无机盐、生长因子、纤维素、动物血清（血浆）将细胞悬液放在培养皿或培养瓶内培养原代培养传代培养悬浮生长贴壁生长(大多数）接触抑制细胞分裂受阻解决制成细胞悬液，分瓶培养。收集细胞悬浮培养的细胞:直接用离心法收集贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，用离心法收集营养物质缺乏、代谢废物积累、细胞密度过大等分瓶培养（二）动物细胞培养的过程动物组织块分散成单个细胞胚胎或幼龄动物的组织块机械方法；胰蛋白酶或胶原蛋白酶4）分散细胞时为何不选用胃蛋白酶？原因：多数动物细胞生存的适宜pH为7.27.4，而胃蛋白酶的适宜pH约为2。在此环境中胃蛋白酶会失活。制成细胞悬液培养液5）培养液（液体培养基）有什么成分？成分：糖、氨基酸、无机盐、生长因子、血清和血浆等。将细胞悬液放在培养皿或培养瓶内培养原代培养传代培养分瓶培养（二）动物细胞培养的过程动物组织块分散成单个细胞胚胎或幼龄动物的组织块机械方法；胰蛋白酶或胶原蛋白酶制成细胞悬液培养液将细胞悬液放在培养皿或培养瓶内培养原代培养传代培养分瓶培养6）传代培养的细胞能一直传下去？不一定都能。传代培养大多数传到10代后就不易传下去；少数传到10-50代时，增殖会逐渐缓慢，以至于完全停止。7）传代培养过程中，有些细胞为何能一直传下去？少数细胞50代后发生突变，形成癌细胞。（二）动物细胞培养的过程不死性细胞突变称细胞系培养细胞株：细胞株：指从原代培养细胞群中筛选出进行传代培养的细胞，能传到10-50代，其遗传物质没有发生变化。正常细胞：（有接触抑制）正常细胞：（有接触抑制）细胞系：细胞系：传代培养的细胞在传到50代后，有部分细胞的遗传物质发生改变，并且具有癌变的特点，能无限地传下去的细胞。癌细胞：（无接触抑制）癌细胞：（无接触抑制）单层细胞多层细胞拓展1：细胞株和细胞系项目植物组织培养动物细胞培养原理培养基类型特有成分取材主要过程结果主要应用相同点生物制品的生产；为基因工程提供受体细胞检测有毒物质生理、病理、药理等方面的研究常用固体培养基新植株葡萄糖、动物血清常用液体培养基细胞增殖细胞的全能性新的细胞群，不形成个体快速繁殖等；脱毒植物的培育单倍体育种；获得人工种子细胞产物的工厂化生产等蔗糖、植物激素原代培养、传代培养脱分化、再分化植物幼嫩部位或花药胚胎或幼龄动物的组织块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等条件拓展2：植物组织培养和动物细胞培养1、（2021浙江浙江统考高考真题）统考高考真题）下图为动物成纤维细胞的培养过程示意图。下列叙述正确的是（）A步骤的操作不需要在无菌环境中进行B步骤中用盐酸溶解细胞间物质使细胞分离C步骤到的分瓶操作前常用胰蛋白酶处理D步骤培养过程中不会发生细胞转化C当堂巩固2、（2008宁夏宁夏高考真题）高考真题）回答下列有关动物细胞培养的问题：(1)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面_时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的_。此时，瓶壁上形成的细胞层数是_。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是_。(2)随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现_现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成_细胞，该种细胞的黏着性_，细胞膜表面蛋白质（糖蛋白）的量_。(3)现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不染色，原因是_。(4)检查某种毒物是否能改变细胞染色体的数目，最好选用细胞分裂到_期的细胞用显微镜进行观察。(5)在细胞培养过程中，通常在_条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中_的活性降低，细胞_的速率降低。相互接触接触抑制单层胰蛋白酶衰老甚至死亡不死性降低减少由于活细胞的膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，故活细胞不能着色中冷冻酶 新陈代谢 当堂巩固（三）干细胞的培养及其应用1、干细胞：具有分裂、分化成各种细胞的能力的细胞。4、分类：2、存在部位：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。3、作用：具有自我更新能力及分化潜能，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。根据发育阶段分类：（1）胚胎干细胞；（2）成体干细胞根据分化潜能分类：（1）全能干细胞；（2）多能干细胞；（3）专能干细胞全能干细胞：具有发育成完整个体潜能的细胞多能干细胞：具有分化出多种细胞、组织潜能的细胞，但失去了发育成完整个体的能力，发育的潜能受到一定的限制。专能干细胞：只能向一种类型或密切相关的两种类型细胞分化的细胞，如上皮组织的基底层干细胞、肌肉中的成肌细胞。全能性：_；分化程度：_全能干细胞多能干细胞专能干细胞专能干细胞多能干细胞全能干细胞4、分类：根据发育阶段分类：（1）胚胎干细胞；（2）成体干细胞根据分化潜能分类：（1）全能干细胞；（2）多能干细胞；（3）专能干细胞（1）胚胎干细胞：（2）成体干细胞：简称ES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。功能特点：并进一步形成机体的所有组织和器官甚至生物个体的潜能。是成体组织或器官内的干细胞，包括骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞等。功能特点：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。全能性：_；分化程度：_胚胎干细胞成体干细胞成体干细胞胚胎干细胞（三）干细胞的培养及其应用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多能干细胞（iPS细胞）多种体细胞定向诱导分化定向诱导分化体外诱导成纤维细胞临床治疗疾病如：白血病、帕金森病、阿而茨海默病等转入相关因子，转入相关因子，使细胞发生转化使细胞发生转化5、诱导多能干细胞（iSPiSP细胞细胞）：是指通过体外诱导细胞，如小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞。优点：无须破坏胚胎；iSPiSP细胞可以来源于病人自身的细胞可以来源于病人自身的体细胞，将移植回病人体内后，可避免体细胞，将移植回病人体内后，可避免免疫排斥反应免疫排斥反应。（三）干细胞的培养及其应用 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)早期胚胎进一步形成机体的所有组织和器官甚至生物个体的潜能成体组织或器官，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，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。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。小结：干细胞3、（2008山东高考真题）通过特定方法，科学家将小鼠和人已分化的体细胞成功地转变成了类胚胎干细胞。有关分化的体细胞和类胚胎干细胞的描述，正确的是（）A类胚胎干细胞能够分化成多种细胞B分化的体细胞丢失了某些基因C二者功能有差异，但形态没有差异D二者基因组相同，且表达的基因相同A当堂巩固4、（2021安徽宿州统考三模）某种病毒可引发人类的肺炎，为了预防该病毒，可以采用不同的技术路线生产不同的疫苗，如新型mRNA疫苗、传统灭活疫苗等。请回答：（1）进入人体内环境中的mRNA，通过_方式进入细胞，并与核糖体结合，翻译成特定的_，刺激人体产生特异性免疫反应。（2）灭活疫苗可以使用鸡胚生产，也可以使用动物细胞培养技术生产。动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它_，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞_。（3）在二氧化碳培养箱中进行动物细胞培养时，定期更换培养液的目的是为了防止_对细胞自身造成危害；培养箱中的O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是_。（4）从抗原种类的角度分析，与mRNA疫苗相比，传统灭活疫苗的优势是_。灭活疫苗抗原种类多，刺激人体产生的抗体种类多，病毒发生变异后仍可能有效灭活疫苗抗原种类多，刺激人体产生的抗体种类多，病毒发生变异后仍可能有效胞吞胞吞 蛋白质（病毒抗原）蛋白质（病毒抗原）分散成单个细胞分散成单个细胞生长和增殖生长和增殖代谢产物积累代谢产物积累维持培养液的维持培养液的pH当堂巩固5、（2021辽宁丹东统考一模）目前，体外分离和培养胚胎干细胞的实验方法已经很成熟，胚胎干细胞可以被大量培养和扩增，并定向分化为胰岛细胞、心肌细胞等多种不同类型的细胞。胚胎干细胞诱导分化的细胞，无论在体外还是移植到体内，都具有很强的扩增能力。请回答下列问题：（1）科学家利用胚胎干细胞诱导生成胰岛B细胞，以治疗小鼠糖尿病，该实验用的胚胎干细胞通常可以取自小鼠的_。胚胎干细胞在结构上的特点是_。（2）取出的胚胎干细胞进行动物细胞培养，在这过程中_（填“能”或“不能”）获得小鼠的器官，原因是_。（3）在体外进行哺乳动物细胞培养时需要在合成培养基的基础上添加_等天然成分，同时需要提供的气体环境是_。（4）某研究人员进行了胰岛素释放实验：控制培养液中葡萄糖的浓度，检测诱导生成的胰岛细胞分泌胰岛素的量。若高浓度糖组胰岛素含量_（填“高于”“等于”或“低于”）低浓度糖组，则说明诱导成功。（5）通过胚胎干细胞体外诱导分化，还可以培育出人造组织器官，解决了临床上_和_的问题。免疫排斥反应免疫排斥反应早期胚胎早期胚胎细胞体积小、核大、核仁明显细胞体积小、核大、核仁明显不能不能在体外培养条件下胚胎干细胞可以增殖而不发生分化在体外培养条件下胚胎干细胞可以增殖而不发生分化动物血清动物血清95%的空气和的空气和5%CO2 高于高于供体器官不足供体器官不足当堂巩固