动物细胞培养高二下学期生物人教版选择性必修3

第2章

细胞工程2第2节动物细胞工程一

动物细胞培养学习目标理解动物细胞培养的条件并构建动物细胞培养的流程图（科学探究）0102说明干细胞的种类和应用（科学思维）首例胚胎移植成功首创动物组织体外培养法发现哺乳动物精子获能现象体细胞核移植成功试管家兔诞生创立单克隆抗体技术胚胎分割移植成功分离和培养小鼠胚胎干细胞克隆羊多莉诞生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年动物细胞工程的发展历程从社会中来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？异体皮肤移植异体皮肤移植通过细胞培养构建的人造皮肤可以从病人身上取少量、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，已获得适合在临床上使用的人造皮肤课前导入植物细胞工程植物组织培养技术植物体细胞杂交技术动物细胞工程动物细胞培养动物细胞融合动物细胞核移植基础一、动物细胞培养的条件1、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。2、目的：获得细胞或细胞产物；不能获得完整动物个体。3、原理：细胞增殖（有丝分裂）那么，动物细胞的培养需要哪些条件呢？动物体组织单个细胞细胞生长和增殖取出分散适宜条件一、动物细胞培养的条件8糖类、氨基酸、无机盐、维生素…无菌、无毒的环境适宜的温度、pH和渗透压适宜的气体环境体内：充足的营养、稳定的内环境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。培养基的构成：合成培养基+血清等天然成分一般用液体培养基，也称为培养液一、动物细胞培养的条件9糖类、氨基酸、无机盐、维生素…无菌、无毒的环境适宜的温度、pH和渗透压适宜的气体环境①培养液、培养用具：灭菌处理；②无菌操作；③适量添加抗生素定期更换培养液，以便清除代谢物。①适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以_______________为宜；②适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为______________；

③适宜的渗透压：________________________________维持细胞正常的形态和功能。36.5±0.5℃7.2-7.4选择抗生素要注意种类和剂量,以保证抗生素对培养的细胞无害。一、动物细胞培养的条件10糖类、氨基酸、无机盐、维生素…无菌、无毒的环境适宜的温度、pH和渗透压适宜的气体环境维持培养液的pH95%空气+5%CO2的CO2培养箱O2：细胞代谢所必需CO2培养箱松盖培养瓶培养皿注意说明动物和人体的免疫系统可抵御各种微生物对机体的入侵，因此体内细胞生活的内环境几乎是无菌、无毒的。而离体培养的细胞对微生物和有毒物质的防御能力极低，所以其培养环境中一旦有细菌、真菌或病毒等微生物的污染，培养的细胞就会死亡。二、动物细胞培养的过程悬浮培养的细胞:直接用离心法收集贴壁细胞:用胰蛋白酶处理分散成单个细胞，用离心法收集取动物组织机械法化学法：胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理分散成单个细胞解决悬浮生长贴壁生长(大多数）细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等接触抑制传代培养制成细胞悬液原代培养分瓶培养加培养液在培养皿或培养瓶内细胞分裂受阻②制成细胞悬液，分瓶培养①收集细胞二、动物细胞培养的过程“细胞增殖到互相接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止继续繁殖，出现接触抑制的现象”试结合上述解释，举例说明哪种细胞无接触抑制现象形成一层细胞可形成多层细胞癌细胞细胞膜表面糖蛋白减少，条件适宜可以无限增殖下去癌细胞细胞膜表面糖蛋白减少，黏着性降低，适宜条件可无限增殖二、动物细胞培养的过程幼嫩的，分化程度低的细胞分裂能力强，更易培养。结合上图思考思考1.幼嫩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，那些细胞更易于培养？为什么？思考2.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？主要是蛋白质胃蛋白酶的适宜pH约为2，当pH大于6时，就失活，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无活性，所以不行。二、动物细胞培养的过程结合上图思考思考3.为什么要将动物组织分散成单个细胞培养？①细胞和细胞靠在一起彼此限制了生长和繁殖。②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。③使得在细胞水平操作的其他技术得以实现。思考4.实验过程中，胰蛋白酶处理时间过长，会出现什么结果？细胞膜的成分中也有蛋白质，胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，长时间作用还会分解膜蛋白，对细胞造成损伤。因此，胰蛋白酶处理的时间不能太长。二、动物细胞培养的过程思路：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。分瓶前，第一次用胰蛋白酶对动物组织进行处理，使其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养。第二次用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来，然后分瓶后继续培养，为传代培养。第二次第一次思考5.如何区分原代培养和传代培养？传代培养不会一直进行，传代到50代后，有部分细胞遗传物质发生改变，具有癌变特点注意：二、动物细胞培养的过程思考6.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处？拓展延伸动物细胞培养和植物组织培养的比较植物组织培养动物细胞培养原理培养前处理取材培养基的物理性质培养基的成分特有成分植物细胞的全能性细胞增殖需离体用机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶将组织细胞分散开离体植物器官、组织、细胞动物胚胎或幼龄动物的组织、器官固体培养基液体培养基(又称培养液)有机营养成分无机营养成分植物激素糖类、氨基酸、无机盐、维生素等营养物质及一些天然成分如血清植物激素血清拓展延伸动物细胞培养和植物组织培养的比较特殊环境条件结果是否体现细胞的全能性过程相同点再分化需光气体环境一般获得新的植株获得大量细胞是否外植体脱分化愈伤组织再分化根、芽幼苗完整植株移栽成活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。三、干细胞培养及其应用1.干细胞：干细胞培养60天后的迷你器官群干细胞治疗老年痴呆动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。三、干细胞培养及其应用1.干细胞：存在：早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中种类：胚胎干细胞（ES细胞）、成体干细胞动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。三、干细胞培养及其应用①胚胎干细胞（embryonicstemcel，简称ES细胞）a.分布：存在于早期胚胎中b.特点：具有分化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。c.实例：ES细胞在体外分化成心肌细胞、神经元细胞和造血干细胞等电镜下的胚胎干细胞（照片经后期人工上色处理，放大约1500倍）d.局限性：必须从胚胎中获取，涉及伦理问题；因而限制了在医学上的应用。三、干细胞培养及其应用②成体干细胞a.分布：存在于成体组织或器官内中b.特点：骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞、睾丸中的精原干细胞等；c.实例：一般认为，成体干细胞具有组织特异性，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d.应用实例：造血干细胞→神经干细胞→治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病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）治疗细胞损伤造成的疾病三、干细胞培养及其应用③诱导多能干细胞a.概念：通过体外诱导小鼠成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞b.制备方法：①将特定基因或特定蛋白导入细胞（成纤维细胞、已分化的T细胞、B细胞）；②用小分子化合物诱导形成c.优点：①诱导过程无须破坏胚胎；②iPS细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应。d.应用：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三、干细胞培养及其应用iPS细胞的应用前景：体外诱导小鼠成纤维细胞诱导多能干细胞（iPS细胞）多种体细胞临床治疗人类疾病如：白血病、帕金森病、阿尔兹海默病等定向诱导分化课堂小测1.如图为动物细胞培养的基本过程示意图。下列相关叙述错误的是()A.容器甲中放入的一般是健康幼龄动物的组织，原因是其细胞分裂能力强B.图中丙和丁分别表示的是原代培养和传代培养，其培养原理相同C.制备乙可用胰蛋白酶处理，且处理时间越长越好D.动物细胞培养需要提供O2和CO2等气体环境，CO2的主要作用是维持培养液的pH解析：幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，易于培养，A正确；图中丙和丁分别表示的是原代培养和传代培养，其培养原理都是细胞增殖，B正确；制备乙可用胰蛋白酶处理，但是处理时间要适当，不是越长越好，C错误；动物细胞培养需要提供95%的空气和5%的CO2等气体环境，其中氧气的作用是动物细胞有氧呼吸需要消耗的，而CO2的主要作用是维持培养液的pH，D正确。C课堂小测2.实验小鼠皮肤细胞进行贴壁生长培养的基本过程如图所示。下列叙述不正确的是()实验小鼠

皮肤组织

皮肤细胞

原代培养

传代培养A.甲过程需要在无菌条件下进行B.乙过程需要将获得的皮肤组织分散成单个细胞C.原代培养时可能出现接触抑制现象D.丁过程可以直接离心来进行传代培养D解析：离体动物细胞培养需要无菌无毒的环境，需要对实验小鼠进行消毒处理，A正确；乙表示用胰蛋白酶处理皮肤组织，使其分散成单个皮肤细胞，获得单细胞悬液后再进行细胞培养，B正确；丙表示原代培养，培养过程中会出现贴壁生长和接触抑制现象，此后用胰蛋白酶处理后获得单细胞悬液，再进行传代培养，C正确；丁是传代培养过程，小鼠皮肤细胞进行贴壁生长，因而不能直接离心进行传代培养，D错误。课堂小测3.科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞获得诱导多能干细胞（iPS细胞），iPS细胞能分化为胰岛B细胞等多种组织细胞，可用于糖尿病的治疗等。下列有关叙述正确的是()A.iPS细胞存在于早期胚胎、外周血和脐带血中B.获得iPS细胞的过程中，细胞的遗传物质一