【高中生物】动物细胞培养课件 高二下学期生物人教版选择性必修3.pptx

第二章第二章 细胞工程细胞工程第第2节 动物物细胞工程胞工程人教版人教版选择性必修选择性必修3 3（第一课时（第一课时）动物细胞培养动物细胞培养细胞工程的发展历程1.细细胞工程的概念胞工程的概念 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。原理和方法操作水平目的分类细胞生物学、分子生物学和发育生物学细胞器、细胞或组织获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品植物细胞工程和动物细胞工程1975年，米尔斯坦和科勒，创立单克隆抗体技术细胞工程的发展历程1890年，希普，世界上首例胚胎移植成功。1907年，哈里森，首创了动物组织体外培养法。1951年，张明觉，发现哺乳动物精子获能现象。1958年，格登，体细胞核移植成功；1959年，试管家兔诞生1978年，胚胎分割移植工程1981年，埃文斯，分离和培养小鼠胚胎干细胞1996年，克隆羊诞生2006年，山中伸弥，获得诱导多能干细胞2014年，单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生2.动物物细胞工程的胞工程的发展展历程程2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆猴问题探究：探究：问题探究：探究：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。1.那么，怎样才能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？思考讨论：动物细胞工程（动物细胞培养）可以从病人身上取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增；目前，科学家还在研究对皮肤干细胞进行培养，以获得适合临床上使用的人造皮肤；通过细胞培养构建的人造皮肤问题探究：探究：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人造皮肤克隆猴：中中和华华单克隆抗体一、一、动物物细胞培养的条件胞培养的条件1.动动物物细细胞培养胞培养的概念的概念原理：操作原因：对象：原因：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。细胞增殖（有丝分裂）细胞分化程度低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。将组织块分散成单个细胞后，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出。一、一、动物物细胞培养的条件胞培养的条件思考讨论：1.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。请根据内环境与外界环境进行物质交换的示意图，分析在体外培养动物细胞需要满足哪些条件?一、一、动物物细胞培养的条件胞培养的条件2.动动物物细细胞培养胞培养的条件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。一、一、动物物细胞培养的条件胞培养的条件2.动动物物细细胞培养胞培养的条件的条件糖类氨基酸无机盐维生素无菌、无毒的环境培养液和培养用具：灭菌处理；无菌操作；添加适量抗生素适宜的温度、pH和渗透压适宜的气体环境适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以 为宜；适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为 ；适宜的渗透压：维持细胞正常的 和功能。定期更换培养液，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。36.5 0.57.27.4形态动物细胞培养所需的基本条件营养物质其他条件一、一、动物物细胞培养的条件胞培养的条件糖类氨基酸无机盐维生素无菌、无毒的环境适宜的气体环境2.动动物物细细胞培养胞培养的条件的条件适宜的温度、pH和渗透压维持培养液的pH95%空气+5%CO2 的CO2 培养箱O2：细胞代谢所必需的（有氧呼吸）松盖培养瓶CO2培养箱动物细胞培养所需的基本条件营养物质其他条件1.动动物物细细胞培养胞培养的概念的概念原理：操作原因：对象：原因：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。依据动物细胞培养概念，初步构建动物细胞培养的流程。依据动物细胞培养概念，初步构建动物细胞培养的流程。动物体组织单个细胞细胞生长和增殖取出分散成适宜条件细胞增殖（有丝分裂）细胞分化程度低，增殖能力强，有丝分裂旺盛，容易培养。一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。将组织块分散成单个细胞后，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出。二、二、动物物细胞培养的胞培养的过程程二、二、动物物细胞培养的胞培养的过程程取取动物物组织制成制成细胞胞悬液液1.动动物物细细胞培养胞培养的的过程程用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，去掉组织间蛋白，将组织分散成单个细胞。思考讨论：1、培养前，为什么要将组织分散成单个细胞?3、用胰蛋白酶分散细胞，由此可说明细胞间的物质主要是什么成分？使细胞与培养液充分接触，一方面保证细胞所需的O2和营养物质的供应，另一方面保证细胞内代谢废物的及时排出；使得在细胞水平操作的其它技术得以实现。主要是蛋白质(胶原蛋白等)。2、怎样将组织分散成单个细胞?用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理。二、二、动物物细胞培养的胞培养的过程程取取动物物组织制成制成细胞胞悬液液1.动动物物细细胞培养胞培养的的过程程用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，去掉组织间蛋白，将组织分散成单个细胞。思考讨论：4、胰蛋白酶能将细胞消化掉吗？那将动物组织分散成单个细胞时要注意什么问题呢？5、能够用胃蛋白酶代替胰蛋白酶吗？为什么？能，应注意时间的控制。因为胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，长时间还会分解膜蛋白，对细胞造成损伤。不能，因为动物细胞培养适宜的PH为7.27.4，此环境下胃蛋白酶（1.52.0）没有活性，而胰蛋白酶(7.28.4)的活性较高。二、二、动物物细胞培养的胞培养的过程程1.动动物物细细胞培养胞培养的的过程程取取动物物组织制成制成细胞胞悬液液放入放入CO2培养箱培养箱中培养中培养转入培养液入培养液进行行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。悬浮生长类悬浮生长类：贴壁生长类贴壁生长类：（大多数）（大多数）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。动物物组织处理后理后的初次培养的初次培养原代培养原代培养除受以上因素影响外，还会发生接触抑制现象。体外培养的动物细胞二、二、动物物细胞培养的胞培养的过程程细胞贴壁：培养瓶或培养皿壁要求：内表面光滑、无毒、易于贴附。培养皿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，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上培养瓶二、二、动物物细胞培养的胞培养的过程程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。接触抑制分瓶培养解除方法正常细胞平面观 瓶壁上的细胞层数是：一层（或单层）癌变细胞没有接触抑制现象，可以在培养瓶中形成多层细胞肿瘤细胞失去接触抑制动物物组织处理后理后的初次培养的初次培养1.动动物物细细胞培养胞培养的的过程程分瓶后的分瓶后的细胞培养胞培养取取动物物组织制成制成细胞胞悬液液放入放入CO2培养箱培养箱中培养中培养转入培养液入培养液进行行原代培养原代培养放入放入CO2培养箱中培养培养箱中培养传代培养代培养二、二、动物物细胞培养的胞培养的过程程悬浮生长类：直接用离心法收集。贴壁生长类：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。将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。二、二、动物物细胞培养的胞培养的过程程课堂小结取动物组织用用机械法机械法或用或用胰蛋白酶胰蛋白酶、胶原蛋白酶胶原蛋白酶等处理等处理分散成单个细胞解决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分瓶培养原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。细胞贴壁：某些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。接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。传代培养：分瓶后的细胞培养。加加培养液培养液在在培养皿培养皿或或培养瓶培养瓶内内悬浮培养的细胞：直接用离心法收集细胞分裂受阻制成细胞悬液，分瓶培养收集细胞贴壁细胞：用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，用离心法收集二、二、动物物细胞培养的胞培养的过程程思考讨论：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，増殖能力越强，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结果动物血清植物激素常用液体培养基常用固体培养基植物细胞的全能性新的细胞群，不形成个体完整植株细胞增殖1.干干细胞的概念胞的概念 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.干干细胞的分胞的分类三、三、干干细胞培养及其胞培养及其应用用早期胚胎中早期胚胎中具有具有分化为分化为成年动物体内的成年动物体内的任何一种类型的细胞任何一种类型的细胞，并进，并进一步形成机体的所有组织和器官一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能甚至个体的潜能。在体外分化成心肌细胞、在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等神经元细胞和造血干细胞等必须从必须从胚胎胚胎中获取中获取 ，涉及，涉及伦理问题伦理问题；因而限制了在医学上的应用。因而限制了在医学上的应用。分布特点应用实例局限性胚胎干细胞（ES细胞）三、三、干干细胞培养及其胞培养及其应用用1.干干细胞的概念胞的概念 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.干干细胞的分胞的分类成体组织或器官内成体组织或器官内具有具有组织特异性组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，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。成体干细胞分布特点举例造血干细胞造血干细胞（骨髓、骨髓、外周血外周血和和脐带血脐带血中）中）精原干细胞精原干细胞（睾丸中）（睾丸中）神经干细胞神经干细胞（神经系统中）（神经系统中）血细胞和免疫细胞神经细胞精原细胞三、三、干干细胞培养及其胞培养及其应用用3.干干细胞的胞的应用用 干细胞有着自我更新能力及分化的潜能，与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关，因而在医学上有着广泛的应用正常造血干细胞患者体内受损的血细胞修复或替换移植正常神经干细胞患者体内受损的神经组织治疗白血病恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍疾病神经组织损伤修复或替换移植治疗神经退行性疾病（帕金森病/阿尔茨海默）干细胞应用面临的问题：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。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三、三、干干细胞培养及其胞培养及其应用用 2006年，科学家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），并用iPS细胞治疗了小鼠的镰状细胞贫血。4.诱导多能干多能干细胞（胞（简称称iPSiPS细胞）胞）iPS细胞用于治疗人类疾病示意图iPS细胞的诱导及其流程细胞的诱导及其流程体外诱导小鼠成纤维细胞诱导多能干细胞（iPS细胞）各种类型的体细胞定向诱导分化导入特定基因导入特定蛋白小分子化合物 三、三、干干细胞培养及其胞培养及其应用用4.诱导多能干多能干细胞（胞（简称称iPSiPS细胞）胞）iPS细胞应用的优点细胞应用的优点所以，科学家普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞。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。iPS细胞的应用细胞的应用诱导过程无需破坏胚胎。在治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。可治疗镰状细胞贫血症；三、三、干干细胞培养及其胞培养及其应用用 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。课堂小结【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。()练习与应用教材P42 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三、三、干干细胞培养及其胞培养及其应用用【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。练习与应用教材P42 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HLA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。三、三、干干细胞培养及其胞培养及其应用用(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？【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。练习与应用教材P42 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。三、三、干干细胞培养及其胞培养及其应用用(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？