动物细胞工程（第1课时）课件【知识精讲+备课精研】高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

第1节动物细胞工程（第一课时-动物细胞培养）

第二章细胞工程希普：首例胚胎移植成功哈里森:首创动物组织体外培养法张明觉：发现哺乳动物精子获能现象格登、童第周：体细胞核移植成功试管家兔诞生米尔斯坦和科勒：创立单克隆抗体技术胚胎分割移植成功埃文斯：成功分离和培养小鼠的胚胎干细胞克隆羊多莉诞生山中伸弥：获得诱导多能干细胞单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿诞生我国科学家首次培育了体细胞克隆猴1890年1907年1951年1958年1959年1975年1978年1981年1996年2006年2014年2017年本节聚焦1.动物细胞培养需要哪些基本条件？2.动物细胞培养的基本操作过程是什么？3.怎样客观分析干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？【从社会中来】P43

在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。讨论：异体移植面临的问题：

。供体器官短缺、免疫排斥等获得大量的自体健康皮肤的方法：

。取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增；皮肤干细胞培养（研究中）通过细胞培养构建的人造皮肤新课引入通过细胞培养构建的人造皮肤在治疗大面积烧伤时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对这样的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源又不足，而且会产生免疫排斥反应。那么，怎样才能获得大量的自体健康皮肤？能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？【提示】可以从病人身上取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩增。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。新课引入动物细胞融合动物细胞培养动物体细胞核移植动物细胞工程基础新课引入一、动物细胞培养1.概念：从动物机体中取出相关组织，将它们分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖的技术。2.原理：细胞增殖3.培养终点：细胞动物细胞培养所需的基本条件一般来说，动物细胞培养（模拟体内细胞正常生长增殖的环境）需要满足以下条件：营养条件其他条件无菌、无毒的环境适宜的温度、pH和渗透压适宜的气体环境糖类、氨基酸、无机盐、维生素……二、动物细胞培养的条件将细胞所需的营养物质按照种类和所需量严格配制而成的培养基，称为合成培养基使用合成培养基时，（因为对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚）通常需要加入血清等天然成分培养动物细胞一般使用液体培养基，也叫培养液二、动物细胞培养的条件营养为什么对动物细胞进行培养时通常要添加血清？1、血清中含有蛋白质、氨基酸、葡萄糖、激素等，2、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。3、血清激素有胰岛素、生长激素等及多种生长因子；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，这是细胞生长和增殖所必需的，能促进细胞的生长、增殖和贴附。4、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。二、动物细胞培养的条件II.无菌、无毒的环境无菌：①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理②在无菌环境下进行操作定期更换培养液，（清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害）无毒：二、动物细胞培养的条件III.温度、pH和渗透压哺乳动物多以（36.5±0.5）℃温度：pH：多数细胞生存的适宜pH在7.2~7.4渗透压：需要考虑的一个重要环境参数培养瓶二、动物细胞培养的条件IV.气体环境O2:细胞代谢所必需的CO2：维持培养液的pH（95%空气和5%CO2

）微生物培养中的作用不同（为自养型微生物提供碳源）CO2培养箱中培养动物组织块分散成单个细胞机械法胰蛋白酶胶原蛋白酶处理思考1.常用胰蛋白酶分散细胞，这说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？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，胃蛋白酶就失去活性，多数动物细胞培养的适宜pH为7.2~7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，所以用胃蛋白酶不行。三、动物细胞培养的过程动物组织块分散成单个细胞机械法胰蛋白酶胶原蛋白酶处理思考2.用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理组织块，使组织分散成单个细胞的目的是什么？①使细胞与培养液充分接触，一方面保证细胞所需氧气和营养的供应，另一方面保证细胞内代谢产物的及时排出。②使得在细胞水平操作的其他得以实现。三、动物细胞培养的过程动物组织块分散成单个细胞机械法胰蛋白酶胶原蛋白酶处理思考3.实验过程中，胰蛋白酶处理时间过长，会出现什么结果？细胞膜的成分中含有蛋白质，而胰蛋白酶能够水解蛋白质，因此，胰蛋白酶会把细胞消化掉。因此，胰蛋白酶处理的时间不能太长。三、动物细胞培养的过程思考4.为什么要将动物组织块分散成单个细胞，制成细胞悬液？细胞贴壁悬液中大多数分散的细胞很快就贴附在瓶壁上生长繁殖，这种现象称为细胞贴壁细胞接触抑制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，这种现象称为接触抑制。动物组织块分散成单个细胞机械法胰蛋白酶胶原蛋白酶处理加培养液细胞悬液三、动物细胞培养的过程细胞贴壁现象思考4.为什么要将动物组织块分散成单个细胞，制成细胞悬液？动物组织块分散成单个细胞机械法胰蛋白酶胶原蛋白酶处理加培养液细胞悬液肿瘤细胞失去接触抑制，可以在培养液无限增殖下去。三、动物细胞培养的过程动物组织块分散成单个细胞机械法胰蛋白酶胶原蛋白酶处理思考4.为什么要将动物组织块分散成单个细胞，制成细胞悬液？成块的组织中细胞与细胞靠在一起，彼此限制了细胞生长和增殖。★体外培养动物细胞分为两类①悬浮生长细胞细胞能够悬浮在培养液中生长増殖②贴壁生长细胞细胞需要贴附于某些基质（如培养瓶壁）表面才能增殖（主要类型）加培养液细胞悬液三、动物细胞培养的过程动物组织块分散成单个细胞机械法胰蛋白酶胶原蛋白酶处理加培养液细胞悬液原代培养传代培养放入培养瓶在适宜条件中在适宜条件中分瓶培养原代培养传代培养将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经过处理后的初次培养称为原代培养。将分瓶后的细胞培养称为传代培养。三、动物细胞培养的过程传代培养视频演示区分原代培养和传代培养的方法方法区分两种培养的关键是看用胰蛋白酶处理的对象和是否分瓶。①分瓶前，第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理后的培养是原代培养。②第二次用胰蛋白酶处理，使细胞从瓶壁上脱离下来，分瓶后的细胞培养为传代培养。三、动物细胞培养的过程细胞悬液原代培养传代培养放入培养瓶在适宜条件中在适宜条件中分瓶培养思考5.为什么要进行分瓶培养？

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。贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素的影响外，还会发生接触抑制现象，三、动物细胞培养的过程细胞悬液原代培养传代培养放入培养瓶在适宜条件中在适宜条件中分瓶培养思考6.进行传代培养时，如何处理？

悬浮培养的细胞直接用离心法收集；

贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。之后，将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养三、动物细胞培养的过程机械方法胰蛋白酶胶原蛋白酶（酶处理）离心收集细胞动物组织细胞悬液传代培养原代培养分瓶继续培养成块组织中细胞和细胞靠在一起，彼此限制生长和增殖动物组织经过处理后的初次培养（未分瓶）分瓶后的细胞培养培养一段时间后，细胞密度过大，培养液营养物质缺乏、有害代谢物积累等，贴壁依赖性细胞还会出现接触抑制，所以需要分瓶才能继续增殖动物细胞培养所需的条件三、动物细胞培养的过程放入CO2培养箱中培养取动物组织传代培养制备细胞悬液原代培养转入培养液中放入CO2培养箱中培养用机械的方法，或用胰蛋白酶，胶原蛋白酶等处理的方法，将组织分散成单个细胞分瓶培养离心、收集细胞三、动物细胞培养的过程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？【答案】细胞的增殖能力与供体的年龄有关，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。三、动物细胞培养的过程思考·讨论三、动物细胞培养的过程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等条件思考·讨论细胞悬浮液10代细胞50代细胞无限传代原代培养传代培养细胞株细胞系如何界定原代培养和传代培养？细胞株和细胞系？遗传物质改变遗传物质可能改变多数细胞固定在表面生长和分裂随细胞增多，细胞就会停止分裂增殖保持细胞正常二倍体核型（遗传物质没改变）思考：正常细胞能否一直传代培养下去？传代培养的细胞一般传至10代左右，细胞的生长就会出现停滞，大部分细胞衰老死亡。但极少数细胞能存活下来并继续传下去，一般还可以顺利地传至40～50代，部分细胞的细胞核型可能会发生改变。一般情况下，当细胞传至50代以后会再次出现停滞，不能再传代。但有少部分细胞会克服细胞寿命限制，获得不死性，遗传物质发生改变，并朝着等同于癌细胞的方向发展，从而有可能在培养条件下无限制地传下去（不死性）。细胞株：传代培养的10代以后的细胞，也就是能传至40～50代的细胞细胞系：超过50代的细胞（带有癌变的特点）动物细胞培养技术常将细胞培养至10代以内。能保持正常的二倍体核型。四、干细胞培养及其应用干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中，包括：胚胎干细胞（ES细胞）存在于早期胚胎，能分化为成年动物体内的任何一种类型细胞成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞，包括骨髓内的造血干细胞（外周血和脐带血也有）、睾丸中的精原干细胞和神经系统中的神经干细胞。成体干细胞具有组织特异性，只能分化为特定的细胞或组织诱导多能干细胞（iPS细胞）是体外诱导获得的类似胚胎干细胞的一种细胞，在疾病治疗上具有广阔的应用前景诱导过程无需破坏胚胎可避免生物伦理问题可用自体细胞获得iPS细胞以避免免疫排斥病人取成纤维细胞等转入相关因子细胞发生转变iPS细胞分化血细胞肠上皮细胞神经元胰岛细胞肝细胞心肌细胞四、干细胞培养及其应用四、干细胞培养及其应用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，应用前景更广泛动物细胞培养课堂总结动物细胞培养的概念和原理干细胞培养及其应用营养条件；无菌、无毒的环境；温度、pH和渗透压；气体环境原理：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）成体干细胞动物细胞培养的条件动物细胞培养的过程取动物组织单个细胞细胞悬液原代培养传代培养早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中主要应用在医学上无菌、无毒营养温度、pH和渗透压气体环境制备细胞悬液原代培养传代培养动物细胞培养动物细胞培养的条件动物细胞培养的过程干细胞的培养和应用干细胞的种类、特点及应用iPS细胞的培养和应用课堂小结

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用胰蛋白酶处理,分瓶后才能继续增殖（

）一.概念检测×√××练习与应用（P47）

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一.概念检测练习与应用（P47）

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?像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HLA(HumanLeukocyteAntigen,人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库，可以为需要的人找到HIA匹配度较高的iPS细胞，这样不仅可以节省时间、成本，还能减轻异体干细胞移植后发生的免疫排斥反应。二.拓展应用练习与应用（P47）

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。（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？该技术可能被用于治疗不孕症；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。二.拓展应用练习与应用（P47）1．作为动物细胞工