生物人教版（2019）选择性必修3 2.2.1动物细胞培养（共35张ppt）

(共35张PPT)
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
动物细胞工程的发展历程
科技探索之路
第2节 动物细胞培养
第2章 细胞工程
动物细胞工程常用的技术：
动物细胞培养
动物细胞融合
动物细胞核移植等
动物细胞工程的基础
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？
通过细胞培养构建的人造皮肤
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；
一 动物细胞培养
01
02
动物细胞培养的条件
03
干细胞培养及其应用
动物细胞培养的过程
1.概念
从动物体中____相关的____，将它_____________，然后在_____________下，让这些细胞_____和_____的技术；
2.原理：__________________
取出
组织
分散成单个细胞
适宜的培养条件
生长
增殖
细胞增殖（有丝分裂）
动物细胞培养
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。
（1）培养基的构成：合成培养基 + 血清等天然成分
一般使用液体培养基，也称为培养液
01
动物细胞培养的条件
2.培养条件：
（2）培养基的物理性质
①适宜的温度：哺乳动物细胞多以___________为宜；
②适宜的pH：多数动物细胞的适宜pH为________ ；
③适宜的渗透压：维持细胞正常的形态和功能。
①培养液、培养用具：灭菌处理；
②无菌操作；
定期更换培养液，以便清除代谢物。
01
动物细胞培养的条件
36.5±0.5℃
7.2-7.4
思考？
如何防止培养过程中的微生物污染？
③适量添加抗生素
维持培养液的pH
95%空气 + 5%CO2 的CO2 培养箱
CO2培养箱
01
动物细胞培养的条件
2.培养条件：
O2：细胞有氧呼吸所必需
动物细胞培养所需气体主要有___和____
O2
CO2
体外培养的动物细胞可以分为两大类：
一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖；
另一类则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，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。
悬浮培养瓶
02
动物细胞培养的过程
1.体外培养的动物细胞分类：
取动物组织（动物胚胎或幼龄动物）
用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理
单个细胞
加培养液
细胞悬液
原代培养（10代以内）
在培养皿或培养瓶中
传代培养（10代以后）
二、动物细胞培养的过程
分瓶
02动物细胞培养的过程①原代培养：指动物组织经处理后的初次培养,分瓶前的细胞培养。②传代培养：分瓶后的细胞培养。悬浮细胞贴壁细胞②制成细胞悬液，分瓶培养①收集细胞加培养液离心法胰蛋白酶，离心法1.需分瓶进行传代培养的原因：取动物组织（动物胚胎或幼龄动物）用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理单个细胞加培养液细胞悬液原代培养（10代以内）传代培养（10代以后）分瓶分裂受阻。悬浮细胞：细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质等；贴壁细胞：除上述因素影响外，还会发生接触抑制现象。2.分瓶培养的步骤：02动物细胞培养的过程1）选幼龄动物（或胚胎）的组织这些个体的细胞分化程度低、增殖能力强，易培养。3）分散细胞时为何不选用胃蛋白酶？2）培养前为什么分散成单个细胞？①分散不会限制彼此的生长与增殖；②分散有利于与培养液充分接触，保证O2与营养供应和代谢物及时排出。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4，而胃蛋白酶的适宜pH约为2，在此环境中会失活。思考？
4.离心的作用？
5.动物细胞培养技术有没有体现动物细胞的全能性？
在沉淀中得到细胞，同时去掉上清液中的胰蛋白酶
未体现；动物细胞培养只是细胞增殖的过程
思考？
6.“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，并阐述原因
癌细胞；癌细胞的细胞膜上糖蛋白等物质减少
取动物组织
用机械法或用胰蛋白酶、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
细胞悬液
原代培养
分瓶
培养
①原代培养：指动物组织经处理后的初次培养。
②细胞贴壁：某些细胞需要贴附于某些基质表面才能增殖，这类细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。
③接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞停止分裂增殖的现象。
④传代培养：分瓶后的细胞培养。
加培养液
在培养皿或培养瓶内
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
细胞分裂受阻
②制成细胞悬液，分瓶培养
①收集细胞
相关概念
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
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
液体(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
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。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动物细胞培养和植物组织培养的比较03干细胞培养及其应用1.干细胞的概念：2.干细胞的来源：3.干细胞的类型：动物和人体内保留的具有分裂和分化能力的细胞。在一定的条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。早期胚胎中
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。
胚胎干细胞
分布
特点
应用实例
在体外分化成心肌细胞、
神经元细胞和造血干细胞等
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。
03
干细胞培养及其应用
1.ES细胞：
成体组织或器官内
造血干细胞（骨髓、外周血和脐带血中）
神经干细胞（神经系统中）
精原干细胞（睾丸中）
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
2.成体干细胞
分布
举例
特点
应用实例
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
造血干细胞→
神经干细胞→
治疗细胞损伤造成的疾病
03
干细胞培养及其应用
诱导小鼠成纤维细胞得到的类似胚胎干细胞的一种细胞
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）
诱导多能干细胞
概念
制备方法
应用
优点
②用小分子化合物诱导形成。
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。
可治疗镰状细胞贫血症；
在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等的研究也取得新进展
03
干细胞培养及其应用
3.iPS细胞：
*因此，普遍认为iPS细胞的应用前景优于胚胎干细胞
诱导多能干细胞
（iPS细胞）
多种体细胞
定向诱导分化
体外诱导小鼠成纤维细胞
临床治疗人类疾病如：
白血病、帕金森病、阿而茨海默病等
03
干细胞培养及其应用
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
iPS细胞的应用前景：
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（ ）
练习与应用
×
√
×
×
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
【基础过关】
(1)动物细胞培养体现了动物细胞的全能性( )
(2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞( )
(3)悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要用胰蛋白酶等处理后再用离心法收集( )
(4)动物细胞培养时，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH( )
(1)干细胞都是来源于早期胚胎。( )
(2)造血干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞，主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。( )
(3)不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同。( )
(4)iPS细胞是一种人工诱导产生的多能干细胞，在治疗阿尔茨海默病、心血管疾病领域具有重要的研究价值。( )
×
×
√
√
×
√
×
√
例1 [2022·衡阳联考] 下列关于动物细胞培养的叙述，不正确的是( )。
A.使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分
B.通常置于含有 和 的混合气体的 培养箱中进行培养
C.渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数
D.需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作
B
[解析] 使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分，以利于动物细胞生长，A正确；在进行动物细胞培养时，通常将动物细胞置于含有 空气和 的混合气体的 培养箱中进行培养，B不正确；渗透压维持细胞形态，故渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数，C正确；需要对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作，防止污染，D正确。
例2 [2022·无锡期中] 下图表示动物细胞培养的过程，下列有关该过程的说法，正确的是
( )。
B
A.乙中进行动物细胞培养时通入无菌空气即可
B.宜用胰蛋白酶将甲中的动物组织分散为单个细胞
C.甲中用于培养的动物细胞宜取自成年动物
D.丙中细胞大量增殖后，细胞之间相互接触能促进细胞的分裂
【典例1】如图所示为动物细胞培养的基本过程，下列关于甲、乙、丙、丁四个操作过程的叙述，正确的是(　　)
C
A.甲过程可选取动物个体的任何组织细胞
B.乙过程可用纤维素酶和果胶酶处理细胞
C.丙过程所用培养液中需添加动物血清
D.丁过程中的细胞因接触抑制而大量死亡
例3 [2022·聊城期中] 干细胞是一类未参与分化或未完全分化的细胞，分裂能力强。按照其来源分为胚胎干细胞和成体干细胞（如造血干细胞、神经干细胞）等。下列关于干细胞的说法，错误的是( )。
A.干细胞存在于早期胚胎、脊髓和脐带血等多种组织和器官中
B.胚胎干细胞的分化程度小于造血干细胞
C.骨髓移植治疗白血病就是利用了造血干细胞能分化成各种血细胞的能力
D.成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞和组织
A
[解析] 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，包括胚胎干细胞和成体干细胞等，A错误；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正确。
对点练3 [2022·济南月考] 小鼠的成纤维细胞经诱导可成为 细胞，为新型再生疗法带来了希望。下列叙述正确的是( )。
A.经诱导形成的 细胞增殖能力增强，分化能力减弱
B.分化后的细胞蛋白质种类和数量不变
C. 细胞属于成体干细胞
D.与囊胚内细胞团 细胞相比， 细胞用于再生医学可避免伦理争议
D
[解析] 经诱导形成的 细胞增殖能力增强，分化能力增强，A错误；由于基因的选择性表达，分化后的细胞蛋白质种类和数量可能会发生改变，B错误； 细胞不属于成体干细胞，C错误； 细胞来源于早期胚胎， 来源于体细胞，因此与 细胞相比， 细胞用于再生医学可避免伦理争议，D正确。
【典例2】动物和人体内具有分裂和分化能力的细胞称为干细胞。对右图的相关叙述中，错误的是(　　)
A.a过程可表示干细胞的自我更新
B.b、c过程表示干细胞具有分化能力
C.a、b、c过程中细胞的遗传信息表达情况不同
D.a、b、c过程中遗传物质发生了定向改变
D
【当堂检测】
1.相对细菌和植物细胞而言，动物细胞离体培养更需关注培养基的渗透压，这是因为动物细胞(　　)
A.没有中央液泡，不能发生渗透作用
B.渗透压远高于细菌或植物细胞的渗透压
C.没有细胞壁，易吸水涨破
D.生长缓慢，各生长阶段对环境的渗透压要求不同
2.下列关于动物细胞培养的叙述不正确的是(　　)
A.动物细胞培养技术的原理是细胞膜的流动性
B.传代培养时需要用胰蛋白酶处理贴壁生长的细胞
C.癌细胞在培养瓶中不会出现接触抑制现象
D.动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱
C
A
3.下图为科学家在实验室中培养“人造牛肉”的简要过程。相关叙述正确的是(　　)
C
A.用胃蛋白酶处理牛肌肉组织，获得分裂能力强的肌肉干细胞
B.生物反应器中应充以95%空气加5%CO2的混合气体，CO2的作用是刺激细胞呼吸
C.培养液中的支架提供了更多的细胞吸附面积，有利于细胞贴壁生长
D.“人造牛肉”的培养有利于牛肉的工厂化生产，但环境污染严重
4.完成下列问题：
1.过程①处理方法有:_____________________。
2.过程②为_____________________________
3.培养的动物细胞有两类:
①悬浮在_______中生长增殖;
②___________________生长增殖。
4.过程③为_____培养,进行过程③的原因主要有:细胞密度过大、___________积累、_________缺乏和接触抑制等。
5.进行过程③时,悬浮培养的细胞直接用_______收集;贴壁细胞需要使用
_________等处理,然后用_______收集。
机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法
转入培养瓶中进行原代培养
培养液
贴附于某些基质表面
离心法
胰蛋白酶
离心法
传代
有害代谢物
营养物质
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
提示：像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HLA(Human Leukocyte Antigen,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。
（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？
提示：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