动物细胞工程-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

动物细胞工程

（1）动物细胞培养第2章

细胞工程细胞工程是指应用细胞生物学、分子生物学和发育生物学等多学科的原理和方法，通过细胞器、细胞或组织水平上的操作，有目的地获得特定的细胞、组织、器官、个体或其产品的一门综合性的生物工程。第2节希普（W.Heape,1855-1929）动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程1890年希普将安哥拉兔的胚胎移入比利时兔的输卵管内，得到了两只安哥拉兔，这是世界上胚胎移植成功的首例。1907年1960年哈里森滴淋巴液成功培养了蝌蚪的神经元，首创了动物组织体外培养法。张明觉等发现了动物精子的获能现象哈里森（R.G.Harrison,1870-1959）张明觉（1908-1991）格登（J.Gurdon,1933-）米尔斯坦（C.Milstein,1927-2002）科勒（G.Köhler,1946-1995）1958年1959年1975年格登用非洲爪蟾进行体细胞核移植实验，成功培育出性成熟个体。同一时期，我国科学家童第周(1902-1979)等开展了鱼类细胞核移植工作结合。试管家兔诞生。之后，多种试管动物相继出生。米尔斯坦和科勒等创立了单克隆抗体技术动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程山中伸弥（S.Yamanaka,1962-）埃文斯（M.J.Evans,1941-）动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程1978年小鼠的桑葚胚被成功分割。次年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。1981年2006年埃文斯等分离和培养了小鼠的胚胎干细胞山中伸弥等获得了诱导多能干细胞。我国科学家用这种细胞培育出了小鼠。北京大学第三医院2014年2017年世界上第一个用单细胞基因组测序进行遗传病筛查的试管婴儿在我国诞生我国科学家首次培育了体细胞克隆猴动物细胞工程（含胚胎工程）的发展历程▲通过细胞培养构建的人造皮肤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。Q1：怎样才能获得大量的自体健康皮肤？Q2：能不能用自体皮肤的单个细胞培养出可供移植的皮肤？可以从病人身上取少量正常、健康的皮肤在体外进行培养、扩増。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。从社会中来动物细胞培养概念：动物细胞培养(animalcellculture)是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。动物体组织单个细胞细胞生长和增殖取出分散适宜条件结果：获得细胞或细胞产物不能获得完整动物个体原理：细胞增殖（有丝分裂）动物细胞培养是动物细胞工程的基础那么，动物细胞培养需要哪些必要的条件呢？动物细胞培养的条件营养条件其他条件动物细胞培养所需的基本条件糖类、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▲

动物细胞培养需要满足的条件请同学们快速阅读教材P44，思考讨论以下问题：动物细胞培养使用固体培养基还是液体培养基？天然培养基还是合成培养基？什么是合成培养基？如何维持无菌、无毒的环境？适宜的温度、pH分别是多少？保持适宜的渗透压的目的是什么？所需气体主要包括？分别有什么作用？如何保持该气体环境？动物细胞培养的条件Q1：为什么培养动物细胞一般使用液体培养基？Q2：在使用合成培养基培养动物细胞时，为什么通常需要加入血清等一些天然成分？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，称为_______培养基。动物细胞培养的条件营养糖类、氨基酸、无机盐、维生素……合成培养液有利于培养的细胞与营养物质充分接触→

液体培养基（培养液）因为对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚。血清可以补充合成培养基中缺乏的物质，如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。动物细胞培养的条件无菌、无毒的环境如何维持无菌、无毒的环境？无菌对培养液和所有培养用具进行灭菌处理在无菌环境下进行操作可适量添加抗生素，防止细菌等微生物污染无毒培养液需要定期更换以便清除代谢物，防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。动物细胞培养的条件无菌、无毒的环境相关信息：动物和人体的免疫系统可抵御各种微生物对机体的入侵。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。因此，进行动物细胞培养时，需要创造无菌、无毒环境，有时需要在培养液中加入抗生素，从而抑制细菌等微生物生长。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。动物细胞培养的条件温度、pH和渗透压一般与相应动物内环境的理化性质保持一致（1）适宜的温度：哺乳动物细胞培养的温度多以(36.5±0.5)℃为宜（2）适宜的pH：多数动物细胞生存的适宜pH为7.2~7.4（3）渗透压：适宜的渗透压能维持细胞正常的形态和功能参考信息：人体内环境的理化性质人体细胞外液的温度一般维持在（36.5±0.5）℃正常人的血浆近中性，pH约为7.35

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7.45在37℃时，人的血浆渗透压约为770kPa动物细胞培养的条件气体环境动物细胞培养所需气体主要有O2和CO2细胞代谢所必需，维持细胞有氧呼吸维持培养液的pHO2CO2在进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶（如右图），并将它们置于含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养。动物细胞培养的过程请同学们快速阅读教材P44-45，思考讨论以下问题：（1）用关键词、箭头等构建动物细胞培养的流程示意图。（2）培养前，为什么要将动物组织分散成单个细胞？（3）用什么方法将动物组织分散成单个细胞？（4）体外培养的动物细胞有哪些类型？（5）名称解释：细胞贴壁、接触抑制、原代培养、传代培养动物细胞培养的过程★

动物细胞培养过程示意图取动物组织制成细胞悬液转入培养瓶或培养皿中进行原代培养放入CO2培养箱中培养传代培养用机械的方法，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。构建动物细胞培养的流程动物细胞培养的过程取动物组织制成细胞悬液进行原代培养分瓶进行传代培养细胞贴壁接触抑制用机械的方法，或消化法（用胰蛋白酶）等处理分散成单个细胞加培养液转入培养瓶或培养皿动物细胞培养的过程取动物组织材料的选择：分散成单个细胞，制成细胞悬液➊

将组织分散成单个细胞原因：成块组织中，细胞与细胞靠在一起，彼此限制了生长和增殖。一般选取动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。因为这些组织的细胞分化程度低，增殖能力强，容易培养。方法：用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理。分散后不会限制彼此的生长和增殖；利于细胞与培养液充分接触，获得营养，及时排出代谢废物。➋

用培养液将细胞制成细胞悬液将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中进行原代培养。癌细胞培养直接取材于癌组织动物细胞培养的过程思考讨论1：进行动物细胞培养时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？用胰蛋白酶分散细胞，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，胃蛋白酶就会失去活性。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。思考讨论2：如果胰蛋白酶处理时间过长，会出现什么结果？因此，用胰蛋白酶分散细胞要控制好作用时间。胰蛋白酶不仅能分解细胞间的蛋白质，细胞膜也含有蛋白质，长时间作用还会分解细胞膜蛋白等，对细胞造成损伤。动物细胞培养的过程体外培养的动物细胞类型（1）悬浮生长类：（2）贴壁生长类：细胞能够悬浮在培养液中生长增殖细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖大多数细胞属于这种类型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。【细胞贴附在培养瓶瓶壁上的现象称为细胞贴壁】▲单层贴壁的猪输卵管上皮细胞悬浮生长的细胞除了受悬浮细胞培养过程中类似的影响外，还会发生接触抑制现象。接触抑制当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖。动物细胞培养的过程接触抑制Q1：细胞发生接触抑制现象的原因是什么？正常细胞增殖到相互接触的时候，糖蛋白识别了这种信息，就会使细胞停止继续增殖，从而出现接触抑制的现象。观看视频，尝试回答问题：Q2：为什么癌变细胞没有接触抑制现象？癌细胞的细胞膜表面糖蛋白等物质显著减少，失去接触抑制，适宜条件下可以无限增殖，导致细胞发生堆积，出现多层生长。原代培养传代培养相关概念动物细胞培养的过程如何解决体外培养的细胞因接触抑制而出现分裂增殖停止的问题呢？需要对细胞进行分瓶培养，让细胞继续增殖。通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经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。动物细胞培养的过程如何区分原代培养和传代培养？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细胞株细胞系相关信息传代培养的细胞能传到10~50代，这样的传代细胞称为细胞株。传代培养的细胞在传到50代后，有部分自爆的遗传物质发生改变，并且具有癌变的特点，能够无限地传代下去，这样的传代细胞称为细胞系。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动物细胞培养的过程分瓶、进行传代培养进行传代培养时，如何处理悬浮细胞和贴壁细胞？（1）收集细胞悬浮生长类细胞：直接用离心法收集贴壁生长类细胞：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。（2）将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。动物细胞培养的过程取动物组织分散成单个细胞制成细胞悬液原代培养用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理加培养液放入培养皿或培养瓶内细胞能够悬浮在培养液中生长增殖（悬浮生长）细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖（贴壁生长）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致分裂受阻接触抑制CO2培养箱中传代培养：将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养直接用离心法收集重新用胰蛋白酶等处理分散成单个细胞，再用离心法收集大多数细胞停止分裂增殖思考·讨论：有关动物细胞培养的问题动物细胞培养的过程Q2：动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处？Q1：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？可以从培养的原理，所需的营养条件、环境条件以及培养的过程等方面进行分析比较。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，增殖能力越强，所以更容易培养。思考·讨论：有关动物细胞培养的问题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过程培养结果培养目的植物细胞的全能性细胞增殖常用固体培养基常用液体培养基植物激素动物血清脱分化、再分化原代培养、传代培养植物体动物细胞群快速繁殖植物获得动物细胞或细胞产物培养基中都需要加入营养物质，培养过程中都需要防止杂菌污染、都需要提供适宜的温度、pH和渗透压的条件。植物细胞（如愈伤组织细胞）培养时，也需分散成单个细胞，制成细胞悬液用液体培养基培养。小试牛刀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（

）✗✗✔✗2、干细胞有着广泛的应用前景。下列相关叙述错误的是（

）小试牛刀3、某研究小组为测定某种药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。