和动物细胞培养和核移植技术

动物细胞工程专题2细胞工程动物细胞培养动物细胞融合制造单克隆抗体核移植动物细胞工程常用技术动物细胞培养和核移植技术一、动物细胞培养

1.发展历史:20世纪初，人们不知道神经纤维是由神经细胞的细胞质向外突出形成的，还是由神经细胞周围的其他细胞融合而成的。生物学家们就这个问题展开了激烈的争论。1907年，美国生物学家哈里森(Harrison)从蝌蚪的脊索中分离出神经组织，把它放在青蛙的凝固的淋巴液中培养。蝌蚪的神经组织存活了好几周，并且从神经细胞中长出了神经纤维。哈里森的实验不仅解决了神经纤维的起源问题，而且开创了动物组织培养的先河。此后，在许多科学家的不懈努力下，动物组织培养不断改进并逐渐发展成为动物细胞培养。2.动物细胞培养的应用和概念：

动物细胞培养就是从动物有机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后,放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和增殖.3.动物细胞的培养过程取健康动物组织块剪碎组织胰蛋白酶处理分散成单个细胞——动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础制成细胞悬液转入培养液中进行原代培养出现接触抑制，重新用胰蛋白酶等处理，分散成单个细胞，分瓶培养转入培养液中进行传代培养原代培养和传代培养都要放在二氧化碳培养箱中培养动物细胞培养过程：动物胚胎或幼龄动物的组织、器官细胞悬浮液胰蛋白酶10代细胞原代培养50代细胞传代培养无限传代单个细胞加培养液遗传物质未改变遗传物质已改变（分解弹性纤维）思考讨论：在动物细胞培养过程中，为什么要用胰蛋白酶对取出的动物组织进行处理？

动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织和器官。胰蛋白酶处理动物组织，可以使动物组织细胞间的胶原纤维和细胞外的其他成分酶解，获得单个细胞但不破坏细胞结构。有关概念原代培养：从机体取出后立即培养的细胞为原代培养。传代培养：将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称为传代培养。合成培养基：将细胞所需营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养基。4.动物细胞培养的条件①无菌、无毒的环境②营养③温度和pH④气体环境

5.动物细胞培养技术的应用蛋白质生物制品的生产如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体健康细胞培养培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植细胞的生理、药理、病理研究

植物组织培养和动物细胞培养的比较比较项目植物组织培养动物细胞培养原理细胞的全能性细胞增殖培养基性质固体培养基液体培养基培养基特有成分植物激素动物血清培养结果植物体细胞培养目的快速繁殖、培育无病毒植株获得细胞或细胞分泌蛋白旁栏思考为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？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。思考：2、为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物细胞培养材料？1、动物细胞培养液的主要成分是什么？较植物组培培养基有何独特之处？3、为什么培养前要将组织细胞分散成单个细胞？4、动物细胞培养能否像绿色植物组织培养那样最终培养成新个体？主要成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。独特之处有：1、液体培养基2、成分中有动物血清等因为这些组织或器官上的细胞生命力旺盛，分裂能力强成块组织不利培养，分散了做成细胞悬浮液利于培养不能，动物细胞培养只能使细胞数目增多，不能发育成新的动物个体二、动物体细胞核移植技术和克隆动物

动物核移植是将动物的一个细胞的细胞核,移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中.使其重组并发育成一个新的胚胎,这个新的胚胎最终发育为动物个体.1.核移植技术例1.克隆羊培育过程黑面绵羊去核卵细胞白面绵羊乳腺细胞核细胞核移植重组细胞电脉冲刺激早期胚胎胚胎移植另一头绵羊的子宫妊娠、出生克隆羊多利供体细胞（供核）细胞培养体细胞卵母细胞（MⅡ中期：供质）去核无核卵母细胞注入细胞融合重组细胞构建重组胚胎胚胎移植代孕母体生出与供体奶牛遗传基础相同的犊牛注意:1.取卵细胞作受体细胞的原因是:它是最大的细胞,易操作,它发育可直接表达性状2.严格来说新个体有卵母细胞的细胞质所以有两个亲本的性状核移植技术：2.体细胞核移植技术的应用前景1.克隆动物作为生物反应器，生产医用蛋白。

2.改良动物品种。

3.治疗人类疾病，作为供体。

4.保护濒危动物3.体细胞核移植技术存在的问题1.许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如体型过大，异常肥胖，发育困难，免疫失调等。2.成功率非常低及克隆动物食品的安全性问题。1.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体细胞的核?为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。2.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，为什么？培养的动物细胞一般当传代至10~50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。3.你认为用上述体细胞核移植的方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？克隆动物绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。所以，用教材中所述的方法克隆的动物不是供核动物完全相同的复制。此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系，核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和核供体动物完全相同，从这一角度看，克隆动物不会是核供体动物100%的复制。讨论：2.动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？脱分化又称去分化，是指分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程。植物的任何一部分，甚至单个细胞都具有长成完整植株的能力。但要发育成完整植株，必须先脱分化，脱分化的细胞具有发育成任何组织的能力，然后进行再分化，形成完整植株。植物细胞培养主要用于农林生产中的作物、苗木育种，快速繁育种苗、培育无病毒植株等，这就要求植物的组织或细胞先进行脱分化。动物细胞的培养有各种用途，一般而言，动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。1.幼龄与老龄动物的组织细胞比较，分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较，哪一种更易于培养？思考一下，这是什么道理？细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系，细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物则相反。所以，一般来说幼年动物的组织细胞比老年动物的组织细胞易于培养。同样，组织细胞的分化程度越低，则增殖能力越强，所以更容易培养。思考与探究3.1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达（Lucinda）的奶牛，年产奶量为30.8t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目前世界各国高产奶牛场奶牛，年平均产奶量一般为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3～4t。

（1）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。提示：可以用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达。卢辛达的产奶量很高，说明它有高产奶的遗传基础，利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产的后代，从而加快奶牛改良进程。

但同时需注意，该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤其是在小范围内不能无限的繁殖，以避免奶牛群出现近亲繁殖而引起种质衰退。

提示：在研究方面，克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。在应用上，生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。（2）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？

提示：首先从卢辛达耳朵（也可用别的组织、器官，耳朵在活体上容易取）上剪取一小块组织，在体外培养获得该组织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞，使其完成减数分裂和发育过程。核移植胚胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。

4.体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。

知识结构动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养细胞培养的应用和概念细胞培养的过程细胞培养的条件细胞培养技术的应用动物体细胞核移植技术和克隆动物核移植技术和克隆动物的概念体细胞核移植技术的过程体细胞核移植技术的应用前景体细胞核移植技术存在的问题动物细胞融合与单克隆抗体一、动物细胞融合

细胞融合是正常的生命活动两个细胞正在融合

受精作用植物体细胞杂交植物细胞A植物细胞B原生质体A原生质体B原生质体融合杂种细胞组织培养杂种植株去细胞壁纤维素酶、果胶酶化学法物理法筛选动物细胞与植物细胞的差别：无细胞壁全能性受限制，不能发育成杂种动物动物细胞杂交与植物细胞杂交的不同：不需去除细胞壁不能发育成新的动物个体细胞A细胞B杂种细胞生物法

灭活的病毒物理法化学法仙台病毒疱疹病毒新城鸡瘟病毒动物细胞融合一、动物细胞融合（细胞杂交）1、概念：指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。2、结果：形成单核的杂交细胞3、原理：细胞膜的流动性4、诱导方式物理法：离心、振动、电激化学法：聚乙二醇（PEG)生物法：灭活的病毒5、过程：动物细胞A动物细胞B诱导，融合2个完整的杂交细胞AB有丝分裂（膜融合、质融合）（核融合）注意：动物细胞的融合也需要把多个两种细胞放在一起，让它们随机融合后，再从中筛选杂交细胞6、意义：突破了有性杂交方法的局限，打破生殖隔离,使远缘杂交（种间、属间、科间、动植物之间）成为可能。7、应用：成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育等的重要手段

特别是利用杂交瘤技术制造单克隆抗体植物体细胞杂交和动物细胞融合的比较比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合细胞融合原理细胞膜的流动性、细胞膜的流动性细胞融合的方法去除细胞壁后诱导原生质体融合使细胞分散后诱导细胞融合诱导方法物理（离心、振荡、电刺激）化学（聚乙二醇）物理、化学方法（同左）灭活的病毒用途获得杂种植株制备单克隆抗体二、单克隆抗体什么是抗体？抗体是机体受抗原刺激后产生的、并能与该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白。

B淋巴细胞产生抗体。B淋巴细胞与抗体的关系

１．B淋巴细胞受抗原刺激后，可以产生特异性抗体。２．动物在免疫反应过程中，体内产生特异性抗体种类可达百万种以上，每种抗体对特定的抗原具有特异性免疫作用。

３．但每一个Ｂ淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。

４.在体外，一个Ｂ淋巴细胞是不可能无限增殖的。

单克隆抗体

由单个B淋巴细胞经过无性繁殖（克隆），形成基因型相同的细胞群，这一细胞群所产生的化学性质单一、特异性强的抗体称为单克隆抗体。

特点：

特异性强、灵敏度高

如何大量生产单克隆抗体？利用淋巴细胞产生抗体的功能利用肿瘤细胞无限增殖的特性利用细胞融合的技术将两种细胞融合获得具有淋巴细胞和肿瘤细胞特性的杂交瘤细胞利用动物细胞培养技术大量培养杂交瘤细胞一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体骨髓瘤细胞（癌细胞）能无限增殖杂种细胞动物细胞培养技术1.设计方案：动物细胞融合创始人：米尔斯坦单克隆抗体既能产生特异性抗体，又能大量繁殖2.单克隆抗体制备过程

注射抗原B淋巴细胞骨髓瘤细胞细胞融合、筛选杂交瘤细胞细胞培养筛选，继续培养足够数量的、能产生特定抗体的细胞群体外培养注射到小鼠腹腔单克隆抗体动物细胞融合技术B、BB、B瘤、瘤瘤、瘤只有杂种细胞才能活动物细胞培养单克隆抗体制备过程获得产生相应抗体的B淋巴细胞思考：1.本过程利用了哪些技术？免疫学、细胞融合技术、动物细胞培养技术2.为什么选用小鼠骨髓瘤细胞与B细胞融合？这样融合成的杂交瘤细胞，继承了双亲细胞的遗传物质，不仅具有B细胞分泌抗体的能力，而且还有无限增殖的本领，因而可以获得大量单克隆抗体3.植物体细胞杂交技术与动物细胞融合技术有什么不同？

植物体细胞杂交技术与动物细胞融合技术基本相同,不同的是植物体细胞融合前需去掉细胞壁,然后再融合;动物细胞融合是两个体细胞直接融合。4.单克隆抗体的应用特点：与常规抗体相比，单克隆抗体产量高，特异性强，灵敏度高，优越性十分明显。应用主要有：1.临床诊断:作为诊断试剂：有准确，高效，快速的优点2.作为载体，运载抗癌药物，形成“生物导弹”治疗肿瘤

资料：目前世界各国已经研制出数以百计的单克隆抗体。许多缺乏良好诊断手段的传染病、免疫性疾病、血液病、内分泌疾病和遗传病，用单克隆