21世纪细胞生物学技术的发展

1、细胞生物学学生论坛 大连大学大连大学生物工程生物工程02级级1班班 侯宇侯宇 21世纪细胞生物学世纪细胞生物学技术的发展技术的发展 前言前言细胞生物学技术的发展细胞生物学技术的发展今后的发展趋势今后的发展趋势 20世纪是生命科学迅猛发展的时代，尤世纪是生命科学迅猛发展的时代，尤其是最后其是最后20年，它的发展速度之快更加年，它的发展速度之快更加令人瞩目。利用基因技术培育的转基因令人瞩目。利用基因技术培育的转基因食品已经摆上了普通百姓的餐桌；基因食品已经摆上了普通百姓的餐桌；基因方法已经开始挽救患者的生命；克隆技方法已经开始挽救患者的生命；克隆技术的重大突破，已使动物的复制成为可术的重大突破，已

2、使动物的复制成为可能。人类数千年来的梦想正随着生命科能。人类数千年来的梦想正随着生命科学发展逐一实现，随着物理学世纪让位学发展逐一实现，随着物理学世纪让位于生命科学世纪，世界还将会有更多的于生命科学世纪，世界还将会有更多的奇迹奇迹出现。出现。前言前言 可以预计，在发展和危机并存的可以预计，在发展和危机并存的2121世纪，世纪，生命科学将成为自然科学的带头学科。分子生命科学将成为自然科学的带头学科。分子生物学将在生命科学中保持主导地位；细胞生物学将在生命科学中保持主导地位；细胞生物学还将作为生命科学的基础科学继续发生物学还将作为生命科学的基础科学继续发展；脑科学将代表生命科学发展的一个高峰；展；

3、脑科学将代表生命科学发展的一个高峰；基因组计划基因组计划、基因工程、细胞工程、酶工程、基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程将带来农业、食品、医药和化工蛋白质工程将带来农业、食品、医药和化工等领域的革命，产生难以估量的社会效益和等领域的革命，产生难以估量的社会效益和经济效益。生物技术的飞速发展及其广泛的经济效益。生物技术的飞速发展及其广泛的应用前景，将使生物产业成为全社会的产业应用前景，将使生物产业成为全社会的产业支柱。支柱。人类基因组图人类基因组图细胞生物学技术的发展细胞生物学技术的发展 细胞工程细胞工程简介简介 细胞工程的应用细胞工程的应用细胞学领域的热点细胞学领域的热点干细干细胞胞 细胞

4、工程细胞工程细胞工程包括细胞工程包括细胞融合技术细胞融合技术、动物细胞工程动物细胞工程和和植物细胞工植物细胞工程程等。细胞工程作为科学研等。细胞工程作为科学研究的一种手段，已经渗入到究的一种手段，已经渗入到生物工程的各个方面，成为生物工程的各个方面，成为必不可少的配套技术。必不可少的配套技术。 应用细胞生物学的方法，按照应用细胞生物学的方法，按照人们预定的设计，有计划地改人们预定的设计，有计划地改造遗传物质和细胞培养技术，造遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术及动物、植包括细胞融合技术及动物、植物大量控制性培养技术，以生物大量控制性培养技术，以生产各种保健食品有效成分、新产各种保健食品有效

5、成分、新型食品和食品添加剂。型食品和食品添加剂。 细胞融合，也叫体细胞杂交，即指两细胞融合，也叫体细胞杂交，即指两个或多个除去细胞壁的细胞（也称为个或多个除去细胞壁的细胞（也称为原生质体）融合成一个完整的细胞，原生质体）融合成一个完整的细胞，经过分裂和分化，发育成完整植株的经过分裂和分化，发育成完整植株的过程。这是一种完全不经过有性过程，过程。这是一种完全不经过有性过程，只通过体细胞融合制造杂种的新方法。只通过体细胞融合制造杂种的新方法。细胞融合技术的应用有氨基酸生产菌细胞融合技术的应用有氨基酸生产菌的育种、酶制剂生产菌的育种、酵母的育种、酶制剂生产菌的育种、酵母菌的育种、酱油曲霉素的育种。菌

6、的育种、酱油曲霉素的育种。动物细胞大量培养技术已经成熟，动物细胞大量培养技术已经成熟，培养规模不断扩大，目前已生产出培养规模不断扩大，目前已生产出一些具有重要药用价值的胜利活性一些具有重要药用价值的胜利活性物质，如口蹄疫苗、干扰素、促生物质，如口蹄疫苗、干扰素、促生长素等。长素等。 植物细胞大规模培养的产物有植物细胞大规模培养的产物有种苗、细胞、初级代谢物次级种苗、细胞、初级代谢物次级代谢物、生物大分子等。其中代谢物、生物大分子等。其中许多产物已在食品业中得到广许多产物已在食品业中得到广泛应用，如食用色素等。泛应用，如食用色素等。细胞工程的应用细胞工程的应用在在农林、园艺和医学农林、园艺和医学

7、等方面等方面在在临床医学与药物临床医学与药物方面方面生物药品生物药品方面方面 在农林、园艺和医学等方面，利用在农林、园艺和医学等方面，利用细胞工程技术进行作物育种，是迄细胞工程技术进行作物育种，是迄今人类受益最多的一个方面。我国今人类受益最多的一个方面。我国在这一领域已达到世界先进水平，在这一领域已达到世界先进水平，以花药单倍体育种途径，培育出的以花药单倍体育种途径，培育出的水稻品种或品系有近百个，小麦有水稻品种或品系有近百个，小麦有30个左右。其中河南省农科院培育个左右。其中河南省农科院培育的小麦新品种，具有抗倒伏、抗锈的小麦新品种，具有抗倒伏、抗锈病、抗白粉病等优良性状。病、抗白粉病等优良

8、性状。 自自1975年英国剑桥大学的科学年英国剑桥大学的科学家利用动物细胞融合技术首次家利用动物细胞融合技术首次获得获得单克隆抗体单克隆抗体以来，许多人以来，许多人类无能为力的病毒性疾病遇到类无能为力的病毒性疾病遇到了克星。用了克星。用单单克隆抗体克隆抗体可以检可以检测出多种病毒中非常细微的株测出多种病毒中非常细微的株间差异，鉴定细菌的种型和亚间差异，鉴定细菌的种型和亚种。种。 在临床医学与药物方面在临床医学与药物方面这些都是传统血清法或动物免这些都是传统血清法或动物免疫法所做不到的，而且诊断异疫法所做不到的，而且诊断异常准确，误诊率大大降低。例常准确，误诊率大大降低。例如，抗乙型肝炎病毒表面

9、抗原如，抗乙型肝炎病毒表面抗原（HBsAgHBsAg）的的单克隆抗体单克隆抗体，其灵，其灵敏度比当前最佳的抗血清还要敏度比当前最佳的抗血清还要高高100100倍，能检测出抗血清的倍，能检测出抗血清的6060的假阴性。的假阴性。近年来，应用单克隆抗体可以检查出某近年来，应用单克隆抗体可以检查出某些还尚无临床表现的极小肿瘤病灶，检些还尚无临床表现的极小肿瘤病灶，检测心肌梗死的部位和面积，这为有效的测心肌梗死的部位和面积，这为有效的治疗提供方便。治疗提供方便。单克隆抗体单克隆抗体并已成功地并已成功地应用于临床治疗，主要是针对一些还没应用于临床治疗，主要是针对一些还没有特效药的病毒性疾病，尤其适用于抵

10、有特效药的病毒性疾病，尤其适用于抵抗力差的儿童。单克隆抗体作载体携带抗力差的儿童。单克隆抗体作载体携带药物，使药物准确地到达癌细胞，以避药物，使药物准确地到达癌细胞，以避免化疗或放射疗法把正常细胞与癌细胞免化疗或放射疗法把正常细胞与癌细胞一同杀死的副作用。一同杀死的副作用。 动物体内主要有两种淋巴细胞，一种动物体内主要有两种淋巴细胞，一种是是T淋巴细胞，另一种是淋巴细胞，另一种是B淋巴细胞，淋巴细胞，后者负责体液免疫，能够分泌特异性后者负责体液免疫，能够分泌特异性免疫球蛋白，即抗体。在动物细胞发免疫球蛋白，即抗体。在动物细胞发生免疫反应过程中，生免疫反应过程中，B淋巴细胞群体可淋巴细胞群体可产

11、生多达百万种以上的特异性抗体。产生多达百万种以上的特异性抗体。但研究发现，每一个但研究发现，每一个B淋巴细胞都只能淋巴细胞都只能分泌一种特异性的抗体蛋白质。显而分泌一种特异性的抗体蛋白质。显而易见，如果要想获得大量的单一抗体，易见，如果要想获得大量的单一抗体，就必须从一个就必须从一个B淋巴细胞出发，使之大淋巴细胞出发，使之大量繁殖成无性系细胞群体，即克隆。量繁殖成无性系细胞群体，即克隆。而由这种克隆制备到的单一抗体称而由这种克隆制备到的单一抗体称为单克隆抗体（为单克隆抗体（Monoclonal Antibody ,McAb)。然而遗憾的是在然而遗憾的是在体外培养条件下，一个体外培养条件下，一个

12、B淋巴细胞是淋巴细胞是不能无限增殖的。因此，通过这条不能无限增殖的。因此，通过这条途径制备大量的单克隆抗体事实上途径制备大量的单克隆抗体事实上是办不到的是办不到的.直到直到1975年年Kohler和和Milstein 建立了建立了B淋巴细胞杂交瘤技淋巴细胞杂交瘤技术，使生产单克隆抗体成为现实。术，使生产单克隆抗体成为现实。生物药品方面生物药品方面概述事例应用细胞工程在生物药品方面也有细胞工程在生物药品方面也有着着广泛的应用广泛的应用。生物药品主要。生物药品主要有各种疫苗、菌苗、抗生素、有各种疫苗、菌苗、抗生素、生物活性物质，抗体等，是生生物活性物质，抗体等，是生物体内代谢的中间产物或分泌物体内

13、代谢的中间产物或分泌物。过去制备疫苗是从动物组物。过去制备疫苗是从动物组织中提取，得到的织中提取，得到的产量低产量低而且而且很费时。很费时。 现在，通过培养、诱变等细胞工程现在，通过培养、诱变等细胞工程或细胞融合途径，不仅大大提高了或细胞融合途径，不仅大大提高了效率，还能制备出多价菌苗，可以效率，还能制备出多价菌苗，可以同时抵御两种以上的病原菌的侵害。同时抵御两种以上的病原菌的侵害。用同样的手段，也可培养出能在培用同样的手段，也可培养出能在培养条件下长期生长、分裂并能分泌养条件下长期生长、分裂并能分泌某种激素的细胞系。某种激素的细胞系。19821982年美国科年美国科学家用诱变和细胞杂交手段，

14、获得学家用诱变和细胞杂交手段，获得了可以持续分泌干扰素的体外培养了可以持续分泌干扰素的体外培养细胞系，现已走向应用。细胞系，现已走向应用。非典时期非典时期，第四军医大学细胞工程，第四军医大学细胞工程研究中心的科研人员在进行抗非典研究中心的科研人员在进行抗非典药物研究中，发现了药物研究中，发现了3 3个对个对非典病毒非典病毒有明显抑制作用的有明显抑制作用的多肽多肽。这一抑制。这一抑制冠状病毒的研究对系列多肽药物的冠状病毒的研究对系列多肽药物的合成，为研制抗非典药物奠定了坚合成，为研制抗非典药物奠定了坚实的基础。目前，这实的基础。目前，这3 3个多肽已正式个多肽已正式通过中国疾病预防控制中心病毒病

15、通过中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所、病毒资源中心的鉴定。预防控制所、病毒资源中心的鉴定。冠状病毒冠状病毒 在非典病原体被确定后，第四军医在非典病原体被确定后，第四军医大学细胞工程中心的科研人员发现，大学细胞工程中心的科研人员发现，非典非典冠状病毒冠状病毒外围有一个类似外围有一个类似“日日冕冕”的圆环，其内部的的圆环，其内部的4 4个结构蛋白，个结构蛋白，尤其是尤其是S S蛋白在非典病毒的自身复制、蛋白在非典病毒的自身复制、侵蚀人体细胞中起关键作用。他们侵蚀人体细胞中起关键作用。他们果断地进行了冠状病毒结构蛋白的果断地进行了冠状病毒结构蛋白的研究，结果发现研究的多肽可以阻研究，结果发现研究

16、的多肽可以阻止冠状病毒侵入细胞，从而抑制冠止冠状病毒侵入细胞，从而抑制冠状病毒入侵人体细胞。状病毒入侵人体细胞。非典病毒非典病毒专家们认为，这专家们认为，这3个多肽的发现，个多肽的发现，是对研制特异性抗非典型肺炎药是对研制特异性抗非典型肺炎药物的一个重大进展。中国疾病预物的一个重大进展。中国疾病预防控制中心病毒预防控制的体外防控制中心病毒预防控制的体外药效试验表明，这一类多肽对非药效试验表明，这一类多肽对非典冠状病毒具有明确的抑制作用。典冠状病毒具有明确的抑制作用。 2121世纪干细胞的发展也可以说是世纪干细胞的发展也可以说是细胞学领域的热点，干细胞是一细胞学领域的热点，干细胞是一种具有多项分

17、化潜能和自我复制种具有多项分化潜能和自我复制能力的原始未分化细胞，是形成能力的原始未分化细胞，是形成哺乳类各种组织器官的祖宗细胞。哺乳类各种组织器官的祖宗细胞。根据来源和个体发育过程中先后根据来源和个体发育过程中先后次序不同，干细胞可分为次序不同，干细胞可分为胚胎干胚胎干细胞细胞和和成体干细胞成体干细胞组织干细胞。组织干细胞。 胚胎干细胞 胚胎干细胞胚胎干细胞( (图图) )来自于哺乳动物，包括来自于哺乳动物，包括人类早期胚胎的胚囊内细胞群。它能长人类早期胚胎的胚囊内细胞群。它能长期维持未分化状态，又有全能分化的潜期维持未分化状态，又有全能分化的潜能和无限增殖的能力，在体外培养时仍能和无限增殖

18、的能力，在体外培养时仍能维持正常和稳定的染色体组型。在特能维持正常和稳定的染色体组型。在特定的环境诱导下，胚胎于细胞能分化成定的环境诱导下，胚胎于细胞能分化成内、中、外三个胚层的各类细胞系，如内、中、外三个胚层的各类细胞系，如上皮细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞、神上皮细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞、神经元、造血细胞等。如将胚胎干细胞放经元、造血细胞等。如将胚胎干细胞放入受体胚囊中，它可以参与整个生物体入受体胚囊中，它可以参与整个生物体的发育。的发育。 成体干细胞成体干细胞或组织干细胞，是已进或组织干细胞，是已进入机体担负着构建某种细胞组织功入机体担负着构建某种细胞组织功能的细胞，具有有限增殖、定向分能

19、的细胞，具有有限增殖、定向分化成一定组织细胞的特点。在胎儿、化成一定组织细胞的特点。在胎儿、儿童或成体的骨髓、肌肉、神经、儿童或成体的骨髓、肌肉、神经、上皮等组织中均存在有这种干细胞，上皮等组织中均存在有这种干细胞，如造血干细胞、神经干细胞、皮肤如造血干细胞、神经干细胞、皮肤干细胞等。干细胞等。 近年，发现不同胚层起源的成体干近年，发现不同胚层起源的成体干细胞在一定条件下可相互转化。如细胞在一定条件下可相互转化。如肌肉组织的干细胞可以肌肉组织的干细胞可以“横向分化横向分化”为血液细胞。世界各地的科学家相为血液细胞。世界各地的科学家相继证实了这一现象，并发现人类成继证实了这一现象，并发现人类成体