選擇性必修三《生物技術與工程》第2章

細胞工程

第2節(jié)

動物細胞工程

動物細胞培養(yǎng)（第一課時）工廠化生產動物細胞培養(yǎng)動物細胞核移植動物細胞融合動物細胞工程是最基礎的技術什么是動物細胞培養(yǎng)？動物細胞工程問題:目錄課堂小結探究新知04情境導入030201課堂練習一.動物細胞培養(yǎng)的條件二.動物細胞培養(yǎng)的過程三.干細胞培養(yǎng)及其應用情境導入人造皮膚怎樣才能獲得大量自體健康皮膚？思考治療大面積燒傷時，通常采用的方法是取燒傷病人的健康皮膚進行自體移植。但對病人來說，自體健康皮膚非常有限，使用他人皮膚來源不足且會產生免疫排斥反應。通過細胞培養(yǎng)構建的人造皮膚可從病人身上取少量正常、健康皮膚在體外進行培養(yǎng)、擴增。目前，可對皮膚干細胞進行培養(yǎng)，獲得適合臨床上使用的人造皮膚。——動物細胞培養(yǎng)1.概念：2.原理：4.地位：動物細胞工程的基礎從動物體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后在適宜的培養(yǎng)條件下，讓這些細胞生長和增殖的技術。細胞增殖（有絲分裂）獲得細胞或者細胞產物，不能獲得完整動物個體3.

目的:動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)需要哪些條件？問題:含人類未知、細胞生長增殖所必需的物質，滿足細胞對未知營養(yǎng)成分的需求。血清等天然成分營養(yǎng)條件其他條件<<糖類氨基酸無機鹽維生素無菌、無毒的環(huán)境適宜的溫度、pH和滲透壓適宜的氣體環(huán)境動物細胞培養(yǎng)所需的基本條件1.營養(yǎng)條件：合成培養(yǎng)基

+血清等天然成分一般使用液體培養(yǎng)基，也稱為培養(yǎng)液。一、動物細胞培養(yǎng)的條件將細胞所需的營養(yǎng)物質按種類和所需量嚴格配制而成的培養(yǎng)基。合成培養(yǎng)基

營養(yǎng)條件1不能以淀粉、蔗糖為碳源無毒：無菌：防止微生物污染以便清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害。一、動物細胞培養(yǎng)的條件

無菌無毒的環(huán)境2目的：定期更換培養(yǎng)液①對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進行滅菌處理②在無菌環(huán)境下進行操作③添加一定量的抗生素一般與動物體內相同①適宜的溫度：哺乳動物細胞培養(yǎng)的溫度多以______________為宜；②適宜的pH：多數動物細胞生存的適宜pH為___________③維持適宜的滲透壓的目的：36.5±0.5℃維持細胞正常的形態(tài)和功能一、動物細胞培養(yǎng)的條件

溫度、PH、滲透壓3①氣體的組成及作用：O2：CO2：細胞代謝所必需維持培養(yǎng)液的pH②容器：通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶。③儀器：置于含有

和

的混合氣體

的CO2培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)。CO2培養(yǎng)箱一、動物細胞培養(yǎng)的條件

氣體環(huán)境495%空氣5%CO2動物細胞培養(yǎng)的過程又是怎樣的呢？問題:2.分散成單個細胞(1)取材對象:(2)取材原因:1.取動物組織制成細胞懸液取動物組織一般取材于動物胚胎或幼齡動物的組織、器官。細胞分化程度低，增殖能力強，容易培養(yǎng)。二、動物細胞培養(yǎng)的過程(1)原因：①從動物體取出的成塊組織中，細胞與細胞靠在一起，彼此限制了生長和增殖。②利于細胞與培養(yǎng)液充分接觸，更易進行物質交換。制成細胞懸液取動物組織二、動物細胞培養(yǎng)的過程2.分散成單個細胞（2）怎樣將動物組織分散成單個細胞？機械的方法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理一段時間。蛋白質不可以，因為胃蛋白酶的最適PH為1.5左右細胞膜也含蛋白質，長時間會分解細胞膜蛋白，破壞細胞結構，把細胞消化掉。注意控制時間和酶用量。①說明動物細胞間的物質主要是什么成分？②用胃蛋白酶可以嗎？③胰蛋白酶處理時間過長，會怎樣？二、動物細胞培養(yǎng)的過程3.細胞懸液用培養(yǎng)液將細胞制成細胞懸液。將細胞懸液放入培養(yǎng)皿或培養(yǎng)瓶內，置于適宜環(huán)境中進行原代培養(yǎng)。制成細胞懸液取動物組織放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)轉入培養(yǎng)液進行原代培養(yǎng)

懸浮生長類：貼壁生長類：體外培養(yǎng)的動物細胞能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖。需要貼附于某些基質表面才能生長增殖。（大多數）這類細胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上?！毎N壁要求：培養(yǎng)瓶或培養(yǎng)皿的內表面光滑、無毒、易于貼附。制成細胞懸液取動物組織放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)轉入培養(yǎng)液進行原代培養(yǎng)

二、動物細胞培養(yǎng)的過程4.原代培養(yǎng):指動物組織經處理后的初次培養(yǎng)。(1)概念：4.原代培養(yǎng):當貼壁細胞分裂生長到表面相互接觸時，細胞通常會停止分裂增殖。懸浮生長類：貼壁生長類：體外培養(yǎng)的動物細胞會因細胞密度過大、有害代謝物積累和培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質缺乏等因素而分裂受阻。除受以上因素影響外，還會發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象。思考：細胞培養(yǎng)一段時間，分裂會受阻，這是為什么？怎樣解決這一問題？二、動物細胞培養(yǎng)的過程腫瘤細胞失去接觸抑制適宜條件下在培養(yǎng)液可以無限增殖下去。癌細胞的細胞膜上糖蛋白等物質減少正常細胞平面觀瓶壁上的細胞層數是：一層（或單層）癌變細胞失去接觸抑制現(xiàn)象，可以在培養(yǎng)瓶中形成多層細胞正常細胞增殖到相互接觸的時候，糖蛋白識別了這種信息，會使細胞停止繼續(xù)增殖，出現(xiàn)接觸抑制的現(xiàn)象。某些異常細胞能解除這種現(xiàn)象。體外動物細胞培養(yǎng)如何解決細胞分裂受阻的問題呢？需要對細胞進行分瓶培養(yǎng)，讓細胞繼續(xù)增殖。二、動物細胞培養(yǎng)的過程5.分瓶、傳代培養(yǎng)判斷依據：是否分瓶！(1)原代培養(yǎng)：(2)傳代培養(yǎng)：指動物組織經處理后的初次培養(yǎng)。分瓶后的細胞培養(yǎng)。制成細胞懸液取動物組織放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)轉入培養(yǎng)液進行原代培養(yǎng)

放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)傳代培養(yǎng)二、動物細胞培養(yǎng)的過程（1）收集細胞①懸浮生長類：直接用離心法收集②貼壁生長類：重新用胰蛋白酶等處理,使之分散成單個細胞，然后再用離心法收集。（2）將收集的細胞制成細胞懸液，分瓶培養(yǎng)動物細胞的整個培養(yǎng)過程中可能多次用到胰蛋白酶或膠原蛋白酶：5.分瓶、傳代培養(yǎng)二、動物細胞培養(yǎng)的過程第一次使用的目的是使組織細胞分散開；貼壁細胞傳代培養(yǎng)時使用的目的是使細胞從瓶壁上脫離下來，分散成單個細胞，便于分瓶后繼續(xù)培養(yǎng)。細胞株細胞系原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)動物胚胎或幼齡動物的組織、器官細胞懸浮液10代細胞50代細胞無限傳代單個細胞加培養(yǎng)液10代以內，保持細胞正常的二倍體核型(遺傳物質不改變)；部分細胞的細胞核型可能會發(fā)生變化，增殖緩慢，甚至完全停止少數細胞會克服細胞壽命的自然極限，獲得不死性，這些細胞已經發(fā)生了突變，正朝癌細胞發(fā)展遺傳物質改變二、動物細胞培養(yǎng)的過程用機械的方法，或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶處理比較項目植物組織培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)原理培養(yǎng)基性質培養(yǎng)基特有成分培養(yǎng)結果培養(yǎng)目的相同點植物組織培養(yǎng)和動物細胞培養(yǎng)的比較獲得細胞或細胞產物常用固體培養(yǎng)基植物體葡萄糖、動物血清常用液體培養(yǎng)基細胞增殖細胞的全能性許多細胞快速繁殖等蔗糖、植物激素1.培養(yǎng)過程中細胞都進行有絲分裂，不涉及減數分裂；2.均需無菌操作，需要適宜的溫度、pH等條件二、動物細胞培養(yǎng)的過程(2)分布：(3)分類：動物和人體內仍保留的少數具有分裂和分化能力的細胞。在一定條件下，干細胞可以分化成其他類型的細胞。(1)干細胞的概念：干細胞存在于

、

和

等多種組織和器官中。早期胚胎骨髓臍帶血胚胎干細胞成體干細胞按來源全能干細胞多能干細胞按分化潛能專能干細胞三、干細胞培養(yǎng)及其應用早期胚胎中胚胎干細胞分布特點應用實例在體外分化成心肌細胞、神經元細胞和造血干細胞等必須從胚胎中獲取，涉及倫理問題；因而限制了在醫(yī)學上的應用。局限性

胚胎干細胞(ES或EK細胞)1(1)形態(tài)上：體積小、細胞核大、核仁明顯。(3)在體外培養(yǎng)的條件下，可以只增殖，而不分化。可以冷凍保存，也可以進行遺傳改造。(2)功能上：具有發(fā)育的全能性。三、干細胞培養(yǎng)及其應用22成體組織或器官內造血干細胞（骨髓、外周血和臍帶血中）神經干細胞（神經系統(tǒng)中）精原干細胞（睪丸中）具有組織特異性，只能分化成特定的細胞或組織，不具有發(fā)育成完整個體的能力成體干細胞分布舉例特點應用實例治療神經組織損傷和神經系統(tǒng)退行性疾?。ㄈ缗两鹕?、阿爾茨海默病等）治療白血病及一些惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)功能障礙等疾病造血干細胞神經干細胞治療細胞損傷造成的疾病03三、干細胞培養(yǎng)及其應用

成體干細胞223通過體外誘導小鼠成纖維細胞得到的類似胚胎干細胞的一種細胞①將特定基因或特定蛋白導入細胞

（成纖維細胞、已分化的T細胞、B細胞）誘導多能干細胞概念制備方法應用優(yōu)點②用小分子化合物誘導形成。①誘導過程無須破壞胚胎；②iPS細胞可以來源于病人自身的體細胞，將它移植回病人體內后，理論上可以避免免疫排斥反應?？芍委熺牋罴毎氀Y；在治療阿爾茲海默病、心血管疾病等領域的研究也取得新進展03

誘導多能干細胞(iPS細胞)3三、干細胞培養(yǎng)及其應用移植取成纖維細胞等iPS細胞轉入相關因子細胞發(fā)生轉化分化胰島細胞神經元血細胞腸上皮細胞心肌細胞肝細胞病人iPS細胞用于治療人類疾病示意圖取成纖維細胞轉入相關因子細胞轉化為iPS細胞誘導iPS細胞定向分化為多種組織細胞移植回病人體內定向誘導分化

誘導多能干細胞(iPS細胞)3三、干細胞培養(yǎng)及其應用

來源或存在功能、特點局限性胚胎干細胞(ES細胞)成體干細胞誘導多能干細胞(iPS細胞)早期胚胎能夠分化成為動物體內的任何細胞，并進一步形成組織、器官甚至生物個體成體組織或器官，如造血干細胞、神經干細胞和精原干細胞等體外誘導體細胞產生能分化成為具有特定功能的細胞來治療疾病。無須破壞胚胎，且避免免疫排斥反應。具有組織特異性，能分化成特定的細胞或組織不具有發(fā)育成完整個體的能力需從胚胎中獲取，涉及倫理問題，限制了它在醫(yī)學上的應用技術不成熟。面臨的問題:存在著導致腫瘤發(fā)生的風險。三、干細胞培養(yǎng)及其應用動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)的概念和原理動物細胞培養(yǎng)的條件動物細胞培養(yǎng)的過程原理：細胞的增殖在適當的培養(yǎng)條件下，讓這些細胞生長和增殖的技術(1)營養(yǎng)條件(2)無菌、無毒的環(huán)境(3)溫度、pH和滲透壓(4)氣體環(huán)境取動物組織單個細胞細胞懸液原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)干細胞培養(yǎng)及其應用干細胞的分布干細胞的類型干細胞的應用胚胎干細胞（ES細胞）成體干細胞早期胚胎、骨髓和臍帶血等多種組織和器官中主要應用在醫(yī)學上課堂小結1.下圖為幼鼠腎臟上皮細胞培養(yǎng)過程示意圖，下列有關敘述錯誤的是(

)A．甲→乙過程通常需要剪碎后，用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理B．在丙中培養(yǎng)的細胞通常在10代以內，一般未發(fā)生癌變C．丁過程表示傳代培養(yǎng)，大多細胞一般能增殖10～50代D．培養(yǎng)過程中應提供5%CO2和95%O2的氣體環(huán)境，以