【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
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1、动物细胞工程1.阐明动物细胞培养的条件和过程。2.阐述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。3.阐明利用动物细胞融合技术制备单克隆抗体的过程,认同单克隆抗体在临床上有重要的应用价值4.阐明利用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和该技术的应用前景。学习目标动物细胞培养 动物细胞培养就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。2.原理:1.概念:细胞增殖动物动物细胞培养细胞培养3.动物细胞培养的条件(2)无菌、无毒的环境:适宜的温度:人和哺乳动物最适温度为36.50.5。适宜的酸碱度:pH:7.2-7.4(葡萄糖、氨基酸)、促生长因子、
2、(水、无机盐、葡萄糖、氨基酸)、促生长因子、(水、无机盐、微量元素)微量元素)等;通常还需加入等;通常还需加入血清等血清等天然成分。天然成分。(4)气体环境:(1)营养: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,通常需要加入血清等一些天热成分。培养动物细胞一般使用液体培养基,也称为培养液。包含:(3)温度、pH和渗透压:“95空气+5CO2”的混合气体培养箱。氧气是细胞代谢必须的;CO2维持培养液的pH。首先对培养液和所有培养用具无菌处理;定期更换培养液以清除代谢产物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。拓展:为什么对动物细胞进行培养时通常添加血清?血清中含有蛋白
3、质、氨基酸、葡萄糖、激素等,其中蛋白质主要为白蛋白和球蛋白。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。血清激素有胰岛素、生长激素等及多种生长因子(如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、类胰岛素生长因子等);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。因此,细胞培养时,要保证细胞能够顺利生长和增殖,一般需添加10%20%的血清。动物细胞培养液的主要成分:葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。植物组织培养呢?无机盐、蔗糖、维生素、生长调节物质、植物激素动物培养基特有的特点是:
4、(1)液体培养基(2)含有动物血清动物体细胞大都生活在液体的环境4.动物细胞培养的过程 动物细胞培养的过程:首先要对新鲜取材的动物组织进行处理,用机械的方法,或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间,将组织分散成单个细胞。然后,用培养液将细胞制成细胞悬液放入培养皿或培养瓶内,置于适宜环境中培养。(1)体外培养的动物细胞的类型细胞能够悬浮在培养液中生长增殖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。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。贴壁细胞在生长增殖时,除受上述因素的影响外,还
5、会发生接触抑制现象,即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。定义:人们通常将分瓶之前的培养,即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养。用机械方法,或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理取动物组织(胚胎或幼龄动物器官组织)剪碎分散成单个细胞制成细胞悬液转入培养液中培养(贴壁生长长成单层细胞。有接触抑制现象)。原代培养(2)过程原代培养增殖能力强,分裂旺盛,分化程度低,容易培养去掉组织间蛋白加培养液传代培养细胞贴壁接触抑制传代10代以内,遗传物质不改变,保持正常二倍体核型。传代10-50代左右,增殖缓慢以至于完全停止,部分细胞核型可能发生变化 (遗传物质可能改变)定义:定义:贴满瓶壁
6、的细胞,需要重新用贴满瓶壁的细胞,需要重新用胰蛋胰蛋白酶白酶处理处理,悬浮培养密度过大的细胞用离心悬浮培养密度过大的细胞用离心法收集,法收集,然后然后分瓶继续培养分瓶继续培养,让细胞继续增让细胞继续增殖。这样的培养过程称为传代培养。殖。这样的培养过程称为传代培养。强调一:细胞贴壁过程细胞贴壁:在培养瓶悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。培养瓶或培养皿壁要求:表面光滑、无毒、易于贴附。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,这种现象称为细胞的接触抑制。强调二:接触抑制 瓶壁上的细胞层数是:一层(或单层)!怎样解除这种现象?胰蛋白酶处理1.为什么用胰蛋白酶处理?动物
7、组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质,胰蛋白酶处理动物组织,可分解细胞间的蛋白质,获得单个细胞。2.进行动物细胞培养时常用胰蛋白酶分散细胞而不用胃蛋白酶的原因 用胰蛋白酶分散细胞,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,胃蛋白酶就会失去活性。多数动物细胞培养的适宜pH为7.27.4,胃蛋白酶在此环境中没有活性,所以不用胃蛋白酶而用胰蛋白酶。3.为什么要将动物细胞分散成单个细胞培养?在进行细胞原代培养时可以分散成单个细胞培养,也可以用细胞群(团)或组织块培养,但经传代培养后,最终都要分散成单个细胞培养。分散成单个细胞后容易培养,细胞所需的营养容易供应,
8、其代谢废物容易排出。而用大块组织培养时,内部细胞的营养供应和代谢废物的排出都比较困难,它们很难在体外长时间生存和生长。分散成单个细胞培养,还使得在细胞水平操作的技术容易实现。疑难解析 拓展延伸 细胞株细胞株:传代培养的细胞能传到:传代培养的细胞能传到10-5010-50代,代,遗传物质一般不会发遗传物质一般不会发生改变生改变强调:细胞株、细胞系细胞系细胞系:传代:传代5050代以后,有部分细胞代以后,有部分细胞遗传物质发生了改变,遗传物质发生了改变,能连续传代获能连续传代获得不死性,叫细胞系。得不死性,叫细胞系。取组织、器官配置细胞悬液10代细胞转入培养瓶40-50代细胞传代培养无限传代单个细
9、胞分瓶传代培养细胞株:一般说遗传物质未改变细胞系:遗传物质已改变原代培养总结:动物细胞培养过程动物组织块配置细胞悬液剪碎,用机械方法,或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理10代细胞转入培养瓶40-50代细胞传代培养无限传代分散成单个细胞加培养液稀释传代10代以内,遗传物质不改变,保持正常二倍体核型。传代10-50代左右,增长缓慢以至于完全停止,部分细胞核型可能发生变化(遗传物质可能改变)分瓶传代培养原代培养特点:细胞贴壁、接触抑制继续传代培养少部分细胞获得不死性,细胞突变,遗传物质已经改变,等同于癌细胞。细胞株:一般说遗传物质未改变细胞系:遗传物质已改变原代培养动物组织块用机械方法,或用胰蛋白酶、胶原
10、蛋白酶等处理剪碎分散成单个细胞加培养液制成细胞悬液传代培养细胞株(1050代)细胞系(50代)原代培养培养分瓶培养50代细胞少数不死细胞保持正常二倍体核型遗传物质改变总结:动物细胞培养过程问题细胞分裂受阻悬浮生长贴壁生长细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等接触抑制解决细胞的全能性细胞群植物体或组织培养结果获得细胞或细胞分泌蛋白快速繁殖、培育无病毒植株等培养目的葡萄糖、动物血清蔗糖、植物激素培养基特有成分液体培养基固体培养基培养基性质细胞增殖原理动物细胞培养植物组织培养比较项目植物组织培养和动物细胞培养的比较胚胎干细胞(简称ES细胞)和成体干细胞1.种类:2.存在部位早期胚胎、骨
11、髓和脐带血等多种组织和器官中干细胞培养及其应用干细胞培养及其应用胚胎干细胞(embryonic stem cell,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,并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。3.胚胎干细胞来自早起胚胎的干细胞(1)存在部位:成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞。(2)种类: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。(3)特点:成体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。4.成体干细胞造血干细胞注意:造血干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞,主
12、要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。有着自我更新能力及分化潜能的干细胞,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。例如,将正常的造血干细胞移植到病人体内,恢复病人的造血和免疫功能,已成为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的一种重要手段;神经干细胞在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)方面有重要的应用价值。5.干细胞的应用(1)含义: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。6.iPS细胞
13、及应用从胚胎中获取胚胎干细胞,是否涉及伦理问题?(2)应用:用iPS 细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。因为诱导过程无须破坏胚胎,而且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,所以科学家普遍认为iPS 细胞的应用前景优于胚胎干细胞。例1 干细胞是一种尚未充分分化的未成熟的细胞,医学家们正在尝试利用干细胞治疗一些顽疾,下列说法不正确的是()A.各种组织干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果B.利用干细胞治疗某些顽疾,是因为干细胞具有再生各种组织、器官的潜能C.同一生物个体中,神经细胞与干细胞所含有的遗传物质不同D
14、.干细胞包括成体干细胞和胚胎干细胞【答案】C【解析】细胞分化是基因选择性表达的结果,A 项正确;干细胞具有发育的全能性,可以分化成成年动物的各种组织、器官,故可利用干细胞治疗某些顽疾,B 项正确;同一个体的神经细胞和干细胞均是由受精卵通过细胞分裂和细胞分化形成的,遗传物质相同,C 项错误;干细胞包括成体干细胞和胚胎干细胞,D 项正确。例题精讲例2 有研究表明“渐冻症”是由突变的基因导致运动神经元合成了某种毒蛋白,从而阻碍了轴突内营养物质的流动。也有最新研究结果表明,利用诱导多功能干细胞(iPS 细胞)制作前驱细胞,然后移植给渐冻症实验鼠,能延长其寿命。下列相关描述错误的是()A.iPS 细胞分
15、化成的多种细胞中所有核酸相同,蛋白质却不完全相同B.iPS 细胞分化的实质是基因的选择性表达,细胞种类增多C.若控制运动神经元合成毒蛋白的基因替换,则可以起到良好的治疗作用D.植入神经干细胞,恢复受损的运动功能,也许会在一定程度上使“渐冻症”病情改善【答案】A【解析】细胞分化的实质是基因的选择性表达,因此iPS细胞分化成的多种细胞中DNA 相同,RNA 和蛋白质不完全相同,A 项错误;细胞分化的结果是形成形态、结构和生理功能不同的细胞,使细胞的种类增多,B 项正确;若控制运动神经元合成毒蛋白的基因替换,则无法合成该毒蛋白,所以可以起到治疗该病的作用,C 项正确;植入神经干细胞,诱导分化成前驱细
16、胞,恢复受损的运动功能,也许会在一定程度上使“渐冻症”病情改善,D 项正确。动物细胞融合技术与单克隆抗体19701970年,有两位年,有两位科学家做科学家做了一个著了一个著名的实验名的实验:人:人鼠细胞融合的实验鼠细胞融合的实验,以以证明细胞膜上的证明细胞膜上的蛋白质蛋白质分子是运分子是运动的。动的。人鼠细胞是怎样实现融合的?动物细胞融合有什么实践意义呢?1.细胞融合:是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。自然发生:受精卵人工诱导:诱导因素:聚乙二醇(PEG)融合法、电融合法或灭活病毒诱导法等。细胞融合技术仙台病毒仙台病毒紫外线紫外
17、线灭活灭活丧失感染活性(不感染细胞)丧失感染活性(不感染细胞)保留融合活性(诱导细胞融合)保留融合活性(诱导细胞融合)什么是什么是病毒的灭活病毒的灭活?灭活是指用物理或化学手段使病毒失去感染能力,但是并不破灭活是指用物理或化学手段使病毒失去感染能力,但是并不破坏病毒的抗原坏病毒的抗原结构。结构。灭活病毒诱导细胞融合的原理是:病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能够与细胞膜上的糖蛋白发生作用,使细胞互相凝聚,细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布,细胞膜打开,细胞发生融合。正在融合的正在融合的淋巴细胞与骨髓瘤细胞淋巴细胞与骨髓瘤细胞 正在融合的鸡血细胞正在融合的鸡血细胞动物细胞融合的原理:细胞膜的流动性
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