胚胎工程的应用和前景 .ppt
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1、试管动物试管动物利用精子、卵利用精子、卵子体外受精、胚胎培养、胚胎移植子体外受精、胚胎培养、胚胎移植获得的各种动物。获得的各种动物。试管婴儿试管婴儿利用精子、卵利用精子、卵子体外受精、胚胎培养、胚胎移植子体外受精、胚胎培养、胚胎移植获得的人体后代。获得的人体后代。概念概念:将雌性动物的将雌性动物的早期胚胎早期胚胎,或者或者通过其通过其他方式得到的胚胎他方式得到的胚胎,移植到移植到同种的、生同种的、生理状态相同理状态相同的其他雌性动物的体内的其他雌性动物的体内,使使之发育为新个体的技术。之发育为新个体的技术。胚胎的来源:胚胎的来源:雌性动物的雌性动物的早期胚胎早期胚胎,或通过,或通过体体外受精外
2、受精及及其他方式其他方式得到的胚胎。得到的胚胎。供体:供体:提供胚胎的个体。提供胚胎的个体。受体:受体:接受胚胎的个体。接受胚胎的个体。转基因、核移植等胚胎移植的现状和意义胚胎移植的现状和意义1)1)加速育种工作和品种改良;加速育种工作和品种改良;2)2)大量节省购买种畜的费用;大量节省购买种畜的费用;3)3)一胎多产;一胎多产;4)4)保存品种资源和濒危物种;保存品种资源和濒危物种;5)5)可以充分发挥雌性优良个体的繁可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力殖潜力,缩短繁殖周期缩短繁殖周期,增加一生增加一生繁殖的后代数量。繁殖的后代数量。胚胎移植的生理学基础胚胎移植的生理学基础1)1)供体和受体供
3、体和受体相同相同的生理环境;的生理环境;如何保证?供、受体生理状态要相同,为此必须做到A A、供、受体母畜的发情时间一致。哺乳动物发情排卵后,不管是否妊娠,在一段时间内,哺乳动物发情排卵后,不管是否妊娠,在一段时间内,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。B B、移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似。移入胚胎一侧的受体子宫对应的卵巢必须有黄体存在。在胚胎移植过程中,受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的状态。为什么?因为两者之间的妊娠期,体内的激素水平要相因为两者之间的妊娠期,体内的激素水平要相同或者接近。否则胚胎就不能正常
4、的着床。同或者接近。否则胚胎就不能正常的着床。这是这是胚胎移植成功与否的关键胚胎移植成功与否的关键。胚胎移植实质上是早期胚胎在胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置相同生理环境条件下空间位置的转移。你认为这样的概括正的转移。你认为这样的概括正确吗?确吗?正确。正确。胚胎移植的生理学基础胚胎移植的生理学基础1)1)供体和受体供体和受体相同相同的生理环境;的生理环境;2)2)早期胚胎处于早期胚胎处于游离状态游离状态,为胚胎的为胚胎的收集提供了可能;收集提供了可能;什么部位?输卵管和子宫角输卵管和子宫角胚胎移植的生理学基础胚胎移植的生理学基础1)1)供体和受体供体和受体相同相同的生理环
5、境;的生理环境;2)2)早期胚胎处于早期胚胎处于游离状态游离状态,为胚胎的为胚胎的收集提供了可能;收集提供了可能;3)3)受体对移入子宫的胚胎基本上受体对移入子宫的胚胎基本上不不发生免疫排斥发生免疫排斥;4)4)胚胎与受体胚胎与受体建立正常的联系建立正常的联系,但遗但遗传物质没有改变。传物质没有改变。为什么?同物种动物之间同物种动物之间进行胚胎移植易于成功。进行胚胎移植易于成功。优良供体超数排卵发情配种收集胚胎受体母牛正常繁殖或两三个月后做另一次移植同期发情发情胚胎移植妊娠有价值的后裔什么方法?促性腺激素优良公牛怎样做到?注射相关激素 同步发情同步发情:又称同期发情,又称同期发情,利用某些激素
6、制剂人为地控制并利用某些激素制剂人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程,调整一群母畜发情周期的进程,使之在预定时间内使之在预定时间内集中发情集中发情。优良供体超数排卵发情配种收集胚胎受体母牛正常繁殖或两三个月后做另一次移植同期发情发情胚胎移植妊娠有价值的后裔优良公牛用具有什么特点的牛作为供体牛?遗传性能和生产性遗传性能和生产性能优秀的个体能优秀的个体用具有什么特点的牛作为受体牛?健康并能正常繁殖健康并能正常繁殖的个体的个体如何收集?在配种或输精后第在配种或输精后第7 7天,天,用特制的冲卵装置,把用特制的冲卵装置,把供体母牛子宫内的胚胎供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来。冲洗出来。冲卵冲卵是从是从输
7、输卵管卵管或或子宫子宫角角取出取出早期早期胚胎胚胎母牛非手术母牛非手术母牛非手术母牛非手术冲卵示意图冲卵示意图冲卵示意图冲卵示意图冲卵后,对胚胎进行质量检查。这时的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段。将收集的胚胎直接向受体移植或放入-196的液氮中保存液氮罐6天收集的胚胎(未拣)方法一:手术法方法一:手术法具体做法:引出受体子宫和具体做法:引出受体子宫和卵巢,将胚胎注入卵巢,将胚胎注入子宫角子宫角,缝合创口。缝合创口。方法二:非手术法方法二:非手术法将装有胚胎的移植管送入受将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位,注体母牛子宫的相应部位,注入胚胎。入胚胎。对受体母牛进行是否妊娠的检查对受体母牛进
8、行是否妊娠的检查受体母牛产下胚胎移植的犊牛受体母牛产下胚胎移植的犊牛供体后代还是供体后代还是受体后代?受体后代?受体移胚选择选择供体母牛供体母牛受体母牛受体母牛 处理处理超数排卵超数排卵供体公牛供体公牛配种配种冲卵冲卵质量检查、培养质量检查、培养胚胎移植胚胎移植妊娠检查妊娠检查分娩(胚胎移植的犊牛)分娩(胚胎移植的犊牛)胚胚胎胎移移植植的的基基本本程程序序同期发情同期发情胚胎移植成功的关键胚胎移植成功的关键同期发情植入相应部位同物种 胚胎移植实现了优良性状个体胚胎移植实现了优良性状个体的繁育,如果我们能确定某个胚胎的繁育,如果我们能确定某个胚胎将发育为非常理想的个体,那么有将发育为非常理想的个
9、体,那么有没有办法让这样的没有办法让这样的一个胚胎一次性一个胚胎一次性地繁育更多的个体地繁育更多的个体?胚胎分割胚胎分割 阅读课本,思考以下问题:(1)胚胎分割的概念(2)胚胎分割特点(3)胚胎分割的理论基础(4)胚胎分割操作过程1.1.概念概念:采用机械方法(显微手术)将早期胚胎分割成2分胚,4分胚或8分胚,经体内或体外培养后植入受体,以得到同卵双胎或同卵多胎的技术。为何要做这步才能移植?2.2.特点:特点:后代具有相同的遗传物质,因此胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。3 3、理论基础、理论基础 动物胚胎细胞的全能性。所以胚胎分割的时期为:囊胚或桑椹胚。为什么选择这样的胚胎发育时
10、期?成倍增加胚胎数量4 4、选择的胚胎:、选择的胚胎:发育良好的,形态正常的桑椹胚或囊胚。5 5、使用的主要仪器:、使用的主要仪器:实体显微镜和显微操作仪。6 6、具体操作、具体操作 用分割针或分割刀片将胚胎切开,吸出其中的半个胚胎,注入预先准备好的空透明带中,或直接将裸半胚移植给受体。发育良好的胚胎发育良好的胚胎切割针切割针/刀或酶处理刀或酶处理细胞分散开细胞分散开受体受体多个受体多个受体移植移植体外培养至体外培养至囊胚囊胚 移植移植培养液培养液胚胎分割操作过程胚胎分割操作过程7 7、操作注意事项:、操作注意事项:对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要将内细胞团均等分割
11、将内细胞团均等分割。原因:原因:内细胞团内细胞团一般到囊胚阶段才出一般到囊胚阶段才出现,它现,它是发育为胚胎本身的基础细胞是发育为胚胎本身的基础细胞,其,其他细胞为滋养细胞,只为胚胎和胎儿发育他细胞为滋养细胞,只为胚胎和胎儿发育提供营养。提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割,若分割时不能将内细胞团均等分割,会出现含内细胞团多的部分正常发育的能会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强,少的部分发育受阻或发育不良,甚力强,少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育至不能发育等问题。等问题。7 7、操作注意事项:、操作注意事项:胚胎分割的份数越多,操作的难度胚胎分割的份数越多,操作的难度会越大,移
12、植的成功率也越低会越大,移植的成功率也越低。早期胚胎的早期胚胎的体积很小体积很小,只有在显微镜,只有在显微镜下才能看到;再者,下才能看到;再者,细胞数目是有限的细胞数目是有限的。分割的份数越多,不但难以做到均等分割,分割的份数越多,不但难以做到均等分割,每一份的细胞数会越少,而且作为囊胚期每一份的细胞数会越少,而且作为囊胚期的胚胎内细胞团细胞所受的影响会更大。的胚胎内细胞团细胞所受的影响会更大。因此,分割的份数越多,技术的难度分割的份数越多,技术的难度会越大,移植后的恢复和发育的难度会越会越大,移植后的恢复和发育的难度会越大,移植成功率自然会降低大,移植成功率自然会降低。8 8、胚胎分割技术的
13、缺陷、胚胎分割技术的缺陷 (1)刚出生动物的体重偏低,毛色和斑纹还存在差异;(2)采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的。受精卵卵裂 早期胚胎胚胎分割基本过程胚胎分割基本过程植入植入代孕母牛分割胚胎干细胞胚胎干细胞阅读课本,思考以下问题:阅读课本,思考以下问题:(1 1)什么是胚胎干细胞?)什么是胚胎干细胞?简称是什么?简称是什么?(2 2)胚胎干细胞的来源。)胚胎干细胞的来源。(3 3)胚胎干细胞的特性。)胚胎干细胞的特性。(4 4)胚胎干细胞的应用。)胚胎干细胞的应用。1.1.概念:概念:简称简称ESES或或EKEK细胞细胞,是由是由早期胚胎早期胚胎或或原原始性腺始性腺中分离出来的一
14、类细胞。中分离出来的一类细胞。全能细胞全能细胞 囊胚囊胚 胎儿胎儿 内细胞团细胞内细胞团细胞 生殖腺细胞生殖腺细胞 受精受精胚胎干细胞分离培养胚胎干细胞分离培养 分离内分离内细胞团细胞团胰蛋白酶处理转入培养皿中培养不加饲养层细胞培养细胞分化细胞分化饲养层的细胞一般是饲养层的细胞一般是输卵管上皮输卵管上皮细胞,细胞,因为因为该细胞该细胞可以分泌一些能抑制细胞分可以分泌一些能抑制细胞分化的物质,满足促进干细胞生长的同时化的物质,满足促进干细胞生长的同时抑制干细胞分化的条件。抑制干细胞分化的条件。EKEK细细胞胞加饲养加饲养层细胞层细胞 培养培养ESES细细胞胞2.2.特点特点:(1 1)形态:)形
15、态:体积小体积小,细胞核大细胞核大,核仁明显;核仁明显;(2 2)功能:)功能:具有发育的具有发育的全能性全能性,可分化为成年可分化为成年动物体内任何一种组织细胞动物体内任何一种组织细胞;(3 3)在)在体外体外培养的条件下,培养的条件下,ESES细胞可细胞可以以增殖而不发生分化增殖而不发生分化。对它可以进行冷。对它可以进行冷冻冻保存保存,也可以进行遗传,也可以进行遗传改造改造。(1 1)治疗人类的某些顽症。)治疗人类的某些顽症。利用利用ESES细胞可以诱导分化形成新的细胞可以诱导分化形成新的组织细胞的特性,组织细胞的特性,移植移植ESES细胞可使坏死细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常
16、功能或退化的部位得以修复并恢复正常功能。目前,在动物实验方面,用目前,在动物实验方面,用ESES细胞诱导细胞诱导分化出的某些组织细胞已成功地治愈糖分化出的某些组织细胞已成功地治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑难病症。难病症。3.3.主要用途主要用途(2 2)培育出人造组织器官,用于器)培育出人造组织器官,用于器官移植。官移植。随着技术的发展,通过随着技术的发展,通过ESES细胞体细胞体外诱导分化,还可以培育出外诱导分化,还可以培育出人造组人造组织器官织器官,解决目前临床上存在的供,解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥体器官不足和器官移植后
17、免疫排斥的问题。的问题。还有什么技术可以完成此工作?3.3.主要用途主要用途(3 3)ESES细胞也是研究体外细胞分化细胞也是研究体外细胞分化的理想材料。的理想材料。ES ES细胞在细胞在饲养层饲养层细胞上,或在添加细胞上,或在添加抑制因子的培养液中,能够维持不抑制因子的培养液中,能够维持不分化的状态。分化的状态。在培养液中加入在培养液中加入分化诱导因子分化诱导因子,就就可以诱导可以诱导ESES细胞向不同类型的组织细胞向不同类型的组织细胞分化。细胞分化。3.3.主要用途主要用途北京时间北京时间2012年年10月月8日下午日下午5点点30分,分,2012年诺贝尔生年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,英国
18、科学家理学或医学奖揭晓,英国科学家约翰约翰戈登戈登(John B.Gurdon)和日本科学家)和日本科学家山中伸弥山中伸弥(Shinya Yamanaka)获奖,获奖理由为获奖,获奖理由为“发现成熟细胞可被重编程变为多能性发现成熟细胞可被重编程变为多能性干细胞干细胞”。“成熟、特化的细胞能够被重编程为可发育成身体组织的成熟、特化的细胞能够被重编程为可发育成身体组织的非成熟细胞即干细胞非成熟细胞即干细胞”的科学家。他们的发现革新了我们的科学家。他们的发现革新了我们对细胞和有机生命体发育的理解。对细胞和有机生命体发育的理解。(2012浙江卷)浙江卷)2下列关于高等哺乳下列关于高等哺乳动动物受精物受
19、精与胚胎与胚胎发发育的叙述,正确的是育的叙述,正确的是A绝绝大多数精卵大多数精卵细细胞的胞的识别识别具有物种特异性具有物种特异性B卵裂球卵裂球细细胞的体胞的体积积随分裂次数增加而不断增大随分裂次数增加而不断增大C囊胚的滋养囊胚的滋养层细层细胞具有胞具有发发育全能性育全能性D原原肠肠胚胚发发育分化形成内外两个胚育分化形成内外两个胚层层【答案答案】A(2012天津卷,天津卷,1)下列关于细胞的叙述,错下列关于细胞的叙述,错误的是误的是A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应应B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化导分
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