【高中生物】动物细胞培养(第1课时)课件2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3.pptx

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1、第2章 细胞工程第2节 动物细胞工程 第1课时动物细胞培养01动物细胞培养的条件目录/C ONTENTS1975年，米尔斯坦和科勒，创立单克隆抗体技术 动物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2017年，我国科学家首次培育了体细胞克隆

2、猴科学史 从社会中来 皮肤的自体移植灰绿色小面积烧伤：患者通过切除+植皮(自身)后恢复1）使用他人皮肤如何？患者自身的不够用，如何解决？大面积烧伤？2）培养自身细胞？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。人造皮肤视频中利用细胞工程的什么技术培育病人的人造皮肤？从社会中来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 单克隆抗体动物细胞工程技术动物细胞工程组织1.动物细胞培养的概念 从动物体中取出相关的，将它分散成，然后在适当的培养条件下，让这些细胞 的技术。组织 单个细胞生长和增殖细胞生长和增殖适宜条件动物体取出单个细胞

3、分散 对象：原因：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。动物细胞培养一组织1.动物细胞培养的概念 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。细胞生长和增殖适宜条件动物体取出单个细胞分散原理：细胞增殖（有丝分裂）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。操作原因：目的：获得细胞或者细胞产物。地位：动物细胞工程的基础不能 获得完整动物个体.动物细胞培养一动物体内的细胞之所以能够维持正常的生命活动，是因为机体给这些细胞提供了适宜的条件。你还记得有哪些条件吗？充足的营

4、养 稳定的内环境那么，动物细胞的培养需要哪些条件呢？糖类、氨基酸、无机盐、维生素 适宜的温度、pH、渗透压无菌、无毒的环境适宜的气体环境动物细胞培养一1.营养糖类、氨基酸、无机盐、维生素（1）培养基的构成：+血清等天然成分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。合成培养基 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。动物细胞培养的条件(一)知识延伸血清中含有蛋白质、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原料，且有些氨基酸是动物细胞本身不能合成的（称为必需氨基酸），必须由培养液提供；激素有胰岛素、生长

5、激素等。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，它们能促进细胞的生长、增殖和贴附。因此，在培养动物细胞时，为保证细胞能够顺利生长和增殖，一般需在培养基中添加10%20的血清等天然成分。动物细胞培养通常要添加血清的原因动物细胞培养的条件(一)1.营养糖类、氨基酸、无机盐、维生素（1）培养基的构成：+血清等天然成分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。合成培养基 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。（2）培养基类型：液体培养基，也称为培养液。动物细胞培养的条件(一)糖类、氨基酸、无机盐、维生素 适宜的温度、pH、渗透压无菌、无

6、毒的环境适宜的气体环境2.无菌、无毒的环境措施1:措施2:措施3:培养液和所有培养用具需灭菌处理，操作在无菌环境下进行。清除代谢物，防止代谢物积累对细胞自身造成危害。添加抗生素，以防培养过程中污染；定期更换培养液，无毒无菌动物细胞培养的条件(一)糖类、氨基酸、无机盐、维生素 适宜的温度、pH、渗透压无菌、无毒的环境3.温度、pH和渗透压适宜的气体环境与相应动物内环境的理化性质保持一致。（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动物细胞培养的条件(一)糖类、氨基

7、酸、无机盐、维生素 适宜的温度、pH、渗透压无菌、无毒的环境适宜的气体环境4.气体环境（1）气体组成及作用：O2CO2细胞代谢所必需维持培养液的pH（2）具体操作：通常采用培养皿或松盖培养瓶。置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。动物细胞培养的条件(一)1.什么是细胞贴壁、接触抑制，原代培养和传代培养？2.为什么动物细胞培养过程将组织分散成单个细胞？可用什么方法？3.分散细胞时为何不选用胃蛋白酶4.为什么要进行分瓶培养？怎么处理？5.为什么选幼龄动物（或胚胎）的组织器官而不选老龄动物？阅读教材P44-45“动物细胞培养的过程”,思考下列问题：动物细胞培养的过程(二)

8、一原代培养转入培养皿或培养瓶内加培养液悬浮生长贴壁生长(大多数）原代培养 原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。细胞贴壁 细胞贴壁：某些细胞需要贴附于某些基质表面（如培养瓶瓶壁）才能增殖。接触抑制 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 传代培养：分瓶后的细胞培养。接触抑制细胞分裂受阻解决传代培养分瓶培养取动物组织分散成单个细胞制成细胞悬液，分瓶培养。收集细胞悬浮培养的细胞贴壁细胞:营养物质缺乏、代谢废物积累、细胞密度过大等动物细胞培养的过程(二)制成细胞悬液取动物组织制成细胞悬液用机械的方法，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

9、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?成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖分散有利于细胞与培养液充分接触，保证O2与营养供应和有害代谢物的及时排出。动物细胞培养的过程(二)取动物组织制成细胞悬液用机械的方法，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：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？主要是蛋白质(胶原蛋白等)。2.怎样将组织分散成单个细胞?机械法、用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理。动物细胞培养的过程(二)取动物组织制成细胞悬液用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理，去掉组织间蛋白，将

10、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。不可以，因为胃蛋白酶的最适PH为1.5左右，动物细胞培养的适宜PH为7.2-7.4。动物细胞培养的过程(二)取动物组织制成细胞悬液放入CO2培养箱中培养转入培养液进行悬浮生长类：贴壁生长类：（大多数）会因细胞密度过大、有害代谢物积累培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。动物组织处理后的初次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

11、动物细胞动物细胞培养的过程(二)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动物细胞培养的过程(二)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细胞培养的过程(二)6.进行传代培养时，怎样收集贴壁生长的细胞？如果是悬浮培养的细胞，收集的方法又会有怎样的区别？传代培养悬浮培养的细胞:贴壁生长的细胞:制成细胞悬液，分瓶培

12、养收集细胞加培养液直接用离心法收集 用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，再用离心法收集动物细胞培养的过程(二)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培养箱中培养传代培养放入CO2培养箱中培养细胞贴壁 接触抑制机械法或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理分散成单个细胞动物细胞培养的过程(二)第二次：细胞培养过程中出现接触抑制，用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来，然后，将其分散到多个培养瓶中继续培养，为传代培养。思考：正常细胞能否一直传代培养下去？区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象。第一次：用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理，使

13、其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养。动物细胞培养的过程(二)传代培养部分细胞的遗传物质可能会发生变化，增殖缓慢，甚至完全停止大部分细胞衰老死亡少数细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正朝癌细胞发展1050代继续培养（50代以后）（有限细胞系）（无限细胞系）目前使用或冷冻保存的细胞通常为 以内，以保持细胞正常的二倍体核型(遗传物质)；这一阶段的细胞称为细胞株细胞系的遗传物质一定改变了；动物细胞培养的过程(二)10代不改变 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

14、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？动物细胞培养的过程(二)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植物组织培养和动物细胞培养的比较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等条件动物细胞培

15、养的过程(二)胰蛋白酶原代培养传代培养动物胚胎或幼龄动物的组织、器官细胞悬浮液10代细胞50代细胞无限传代单个细胞加培养液细胞株细胞系30课堂小结(三)1.什么是干细胞？它有哪些类型？这些类型的干细胞各有怎样的特点和哪些方面的应用？2.科学家是怎样获得iPS细胞的？这种细胞与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？3.干细胞应用于临床治疗可能存在什么问题？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？请认真阅读教材P46，思考并回答下列问题：干细胞的培养及其应用(四)动物和人体内仍保留着少数具有 能力的细胞，这些细胞叫做干细胞。1.干细胞的概念：2.干细胞的来源：3.干细胞的类型：在一定条件下

16、，干细胞可以其他类型的细胞。存在于、和 等多种组织和器官中。早期胚胎 骨髓 脐带血包括胚胎干细胞和成体干细胞、诱导多能干细胞等。干细胞的培养及其应用(四)分裂和分化分化成4胚胎干细胞（简称ES细胞）分布特点应用实例局限性存在于 中具有分化为成年动物体内的 类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至 的潜能。目前科学家已分离出了小鼠、兔、牛、猴和人等的ES细胞，在 培养可分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等细胞。必须从 中获取，涉及伦理问题；因而限制了在医学上的应用。干细胞的培养及其应用(四)早期胚胎任何一种个体体外胚胎5成体干细胞分布特点常见类型存在于组织或器官内的干细胞造血干细胞神

17、经干细胞精原干细胞发现最早研究最多应用最成熟具有性，只能分化成细胞或组织，发育成完整个体的能力。干细胞的培养及其应用(四)成体（骨髓、外周血和脐带血中）（神经系统中）（睾丸中）组织特异 特定的不具有作用有着自我更新能力及分化潜能的干细胞，与组织、器官的、和 等密切相关。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）治疗及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、系统功能障碍等疾病。造血干细胞神经干细胞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。面临的问题：用于临床治疗存在导致肿瘤发生的风险应用展望：干细胞的培养及其应用(四)5成体干细胞发育 再生 修复

18、白血病免疫6诱导多能干细胞（1）概念：通过诱导小鼠 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。（2）诱导方法：借助载体将或导入细胞（成纤维细胞以及已分化的均可）；用诱导形成。（3）诱导多能干细胞优点：诱导过程破坏胚胎；iPS细胞可以来源于病人自身的 细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免 反应。iPS 细胞干细胞的培养及其应用(四)体外成纤维（简称iPS细胞）特定基因 特定蛋白T细胞、B细胞小分子化合物无须体免疫排斥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（4）诱导多能干细胞的应

19、用：可治疗镰状细胞贫血症，在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展。干细胞的培养及其应用(四)【问题探究6】三种干细胞的比较比较项目胚胎干细胞 成体干细胞 诱导多能干细胞来源 诱导高度分化的组织细胞形成特点具有分化成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具有，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类似胚胎干细胞；诱导无须破坏胚胎，应用前景更广泛早期胚胎成体组织或器官中组织特异性干细胞的培养及其应用(四)科学家是怎样获得iPS细胞的？这种细胞与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？干细胞的培养及其应用(四)动物细胞培养动物细胞

20、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小结(五)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

21、用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖（）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课后习题3、某生物兴趣小组对一种抗癌新药进行实验时，以动物肝癌细胞为材料，测定抗癌药物对体外培养细胞增殖的影响。请回答下列有关动物细胞培养的问题：(1)在动物细胞培养时，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_培养基。通常在培养基中还需要加入_等一些天然成分。细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2

22、的作用是。另外，还应该保证被培养的细胞处于_、_的环境。(2)在细胞生长过程中，当细胞贴壁生长到一定程度时，其生长会受到抑制，这种现象称为_。(3)请你帮助兴趣小组的同学分析本实验，实验的自变量是_。实验组和对照组除了自变量不同外，其他处理均应该相同，这是为了遵循实验设计的_原则。合成血清维持培养液的pH无菌无毒接触抑制是否加入抗癌药物单一变量课后习题5.物理学家霍金曾经患有肌肉萎缩性侧索硬化症，即“渐冻症”。有研究表明该病是由于突变的基因导致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

23、延长其寿命。下列相关描述错误的是()A诱导多功能干细胞分化的实质是基因的选择性表达，使细胞种类增多B诱导多功能干细胞分化成的多种细胞中核酸相同，蛋白质却不完全相同C用正常基因将控制合成毒蛋白的基因替换，可以起到良好的治疗作用D植入神经干细胞，使受损的运动功能得到恢复，可以一定程度改善“渐冻症”B课后习题6.动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。对右图的相关叙述中，错误的是()A.a过程可表示干细胞的自我更新B.b、c过程表示干细胞具有分化能力C.a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同D.a、b、c过程中遗传物质发生了定向改变D课后习题7.一般来说，动物细胞体外培养需要满足以下条件

24、无毒的环境无菌的环境只使用合成培养基温度与动物的体温相近因在CO2培养箱中培养，故不需要O2多数动物细胞培养在7.27.4的pH环境A.B.C.D.8.在将动物组织块分散成单个细胞时，可以使用胰蛋白酶。由此判断以下推测不合理的是（）A.动物细胞之间可能依靠蛋白质相互联系B.处理时一定要注意处理时间、加酶量C.胰蛋白酶一定不会对动物细胞造成损伤D.动物细胞培养液的pH应与胰蛋白酶作用的适宜pH基本一致课后习题9.目前实验室培养的小鼠干细胞经过定向诱导分化，可成功地修复小鼠损伤的心脏，下列相关叙述正确的是A.此项研究体现了细胞的全能性B.在培养干细胞时需通入O2，不需通入CO2C.干细胞具有免疫力

25、，不需要在无菌环境中培养D.此成果的应用可避免器官移植出现的免疫排斥课后习题一、动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处？二、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。（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?（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？课后习题二、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

26、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(人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库。课后习题（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？可能用于治疗不孕症；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。课后习题