2.2.1动物细胞工程课件--高中生物学人教版（2019）选择性必修3(共41张PPT)

(共41张PPT)
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。
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
动物细胞工程的发展历程
单细胞基因组测序进行遗 传病筛查的试管婴儿诞生 2014年 2017年
我国科学家首次培 育了体细胞克隆猴
克隆羊多莉诞生 1996年
胚胎分割移植成功 1978年
1975年
试管家兔诞生 1959年
1981年 分离和培养小鼠胚胎干细胞
创立单克隆抗体技术
1958年
发现哺乳动物精子获能现象1951年
首例胚胎移植成功 1890年 1907年 首创动物组织体外培养法
2006年 获得诱导多能干细胞
体细胞核移植成功
单克隆抗体
通过动物细胞培养构建的人
造皮肤
动物细胞工程的科技成果
克隆猴：中中和华华
第2章细胞工程
第2节动物细胞工程
动物细胞工程的常见技术
动物细胞培养 ——动物细胞工程的基础
动物细胞融合
动物细胞核移植
指动物机体中取 出相关的组织，将它分散成单个细胞， 然后放在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖 的技术。
原理：细胞的分裂(增殖)
胚胎或幼龄动物组织
(生命力旺盛，易于培 养，增殖能力强)
细胞所需营养容易供应， 其代谢废物容易排出
一动物细胞培养
一、动物细胞培养的条件
一般使用液体培养基，
也称为培养液
HAKATA
Char coal Stripped 3s
含人类未知、 维持细胞正
常代谢和生长的物质 满足细 胞对未知营养成分的需求
将细胞所需” 含养物质 按种类和所需量严格配 制而成的培养基
培养基的构成：合成培养基 十 血清等天然成分
糖类、氨基酸、无机 盐、维生素……
动物细胞培养 所需的基本条件
其他条件
营养条件
A.补充血清后，正常细胞与癌细胞的增殖速率相同
B.动物细胞培养过程中，是否添加血清均可
C.培养基中补充血清对正常细胞的促进作用更明显 D.培养基中是否补充血清对正常细胞培养影响不大
一正常细胞(有血清)
正常细胞(无血清)
培养时间
的某些物质。下图表示血清对正常细胞和癌细胞培养的
动物细胞体外培养时，通常要在培养基中补充一定浓度
)
癌细胞(有血清) 癌细胞(无血清)
影响。下列叙述正确的是(
细胞数
0
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；③适量添加抗生素
定期更换培 养液，以便 清除代谢物
一、动物细胞培养的条件
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……
动物细胞培养 所需的基本条件
其他条件
营养条件
95%空气+ 5% CO 的CO 培养箱
维持培养液的pH
O : 细胞代谢所必需
一、动物细胞培养的条件
·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…..
动物细胞培养 所需的基本条件
其他条件
营养条件
一 、动物细胞培养的条件
进行动物细胞培养时，有时需要在培养液中加 入抗生素，其作用是什么 在抗生素的选择上需要 注意种类和剂量，为什么
在培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长。
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。
1.一般来说动物细胞体外培养需要满足的条件是( )
①无毒的环境； ②无菌的环境； ③合成培养基需加 血清；④温度与动物体温相近；⑤需要O , 不 需要 CO ;⑥ 用CO 调节培养液pH
A.①②③④⑤⑥ B.①②③④
C.①③④⑤⑥ D/①②③④⑥
二、动物细胞培养的过程
取动物组织
放入CO
培养箱中培养
制成细胞悬液
用机械的方法，或用
胰量白、胶原蛋白 酶等处理的方法，将 组织分散成单个细胞
转入培养液中进行 原代培养
放入CO
培养箱中培养
传代培养
二 、动物细胞培养的过程
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
幼龄动物的细胞、分化程度低的细胞更易于培养。 因为分裂能力强。
二 、动物细胞培养的过程
为什么要将动物组织块分散成单个细胞，制成 细胞悬液
细胞所需营养容易供应，其代谢废物容易排出； 在从动物体取出的成块组织中，细胞与细胞靠 在一起，彼此限制了生长和增殖。
二、动物细胞培养的过程
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
二 、动物细胞培养的过程
胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗，为什么
细胞膜的成分中含有蛋白质，而胰蛋白酶能够水解 蛋白质，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。
二、动物细胞培养的过程
①悬浮细胞 悬浮在培养液中生长增殖
②贴壁细胞 ( 主要类型)
贴附于某些基质(如培养瓶壁)表面才能增殖
细胞贴壁：细胞贴附在培养瓶的瓶壁上
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
“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
失去接触抑制
肿瘤细胞失去接触抑制，条件适宜可以无限 增殖下去
可形成多层细胞
形成一层细胞
肿瘤细胞
平面观
正常细胞
动物胚胎或幼龄动 物的组织、器官
分化程度低，
增殖能力强
少部分突破细胞寿限 “癌变”,无限传代
细胞 50代细胞
动物细胞培养不能
最终培养成动物体
单个 加培养液 细胞
胰蛋白酶
剪碎
出现
接触 抑制
细胞 悬浮 液
原代培养
传代培养
去掉组织间蛋白
剥离、分瓶
10代细胞
细胞贴壁
Q
二 、动物细胞培养的过程
需分瓶进行传代培养的原因：
悬浮细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和 培养液中营养物质减少等因素而分裂受阻
贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素影响外， 还会发生接触抑制现象
①原代培养
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
②传代培养
将分瓶后的细胞培养称为传代培养
悬浮细胞 离心法收集 制成细胞悬液
贴壁细胞 胰蛋白酶处理
分瓶培养
进行传代培养(分瓶培养)时，如何处理
区分两种“培养”可看用胰蛋白酶处理的对象
①第一次：用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理， 使其分散成单个细胞后进行培养，为原代培养。
②第二次：贴壁细胞培养过程中出现接触抑制，用 胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来，将其分散到多个 培养瓶中继续培养，为传代培养。
思考：正常细胞能否一直传代培养下去
不可以
一般传至10代后就不易传下去，细胞保持细胞正 常的二倍体核型
传至10-50代左右时，增殖缓慢，甚至停止，其 遗传物质没有发生变化。这一阶段的细胞称为细胞株
继续传代培养时，少部分细胞会克服细胞寿命的 自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变， 朝着等同于癌细胞的方向发展，这一阶段的细胞称为 细胞系，细胞系的遗传物质一定改变了
下列关于动物细胞培养的叙述，错误的是(△
A.动物细胞培养的原理是细胞的全能性
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CO 培养箱
A.实验中要控制胰蛋白酶 时间/d
溶液的浓度和处理时间，以免损伤细胞
B.培养液中应适当加入青霉素、链霉素，以避免杂菌污染 C.曲线BC 段变化的主要原因是培养液中营养物质不足及 有害代谢物积累等
D.培养至第6天时，新产生的细胞数等于死亡细胞数
下图所示是某动物细胞培养时，培养液中活细胞和死亡 细胞的密度统计结果。下列相关叙述错误的是(D)
植物组织培养
动物细胞培养
原理 细胞的全能性
细胞增殖
培养基性质 固体培养基
液体培养基
培养基特有 成分 蔗糖、植物激素
葡萄糖、动物血清
培养过程 脱分化、再分化
原代培养、传代培养
培养结果 完整植株
动物细胞群
培养目的 快速繁殖、 培育无病毒植株等
获得细胞
及代谢产物
三、干细胞培养及其应用
1.干细胞：
一定条件下，能分化成其他类型的细胞，是细胞内 少数还保留分裂、分化能力的细胞。
干细胞培养60天后的迷你器官群 干细胞治疗老年痴呆
三、干细胞培养及其应用
1.干细胞：
一定条件下，能分化成其他类型的细胞，是细胞内
少数还保留分裂、分化能力的细胞。
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
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)
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
【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(
干细胞
胚胎干细胞(ES 细胞)
1.来源：来源于早期胚胎
2.特点：能够分化成动物体内任何一种类型的细胞、 组织甚至个体
囊内
胚胎干细胞 脐带、胎盘
受精卵 原始胚胎干细胞 囊胚 胎儿 成人
胚胎干细胞 成体干细胞
分化能力最强
成体干细胞
1.来源：成体组织、器官内的干细胞
2.类 型 ：骨髓中的造血干细胞、神经干细胞、精原 干细胞等
成体干细胞
3.特点：只发育成特定的细胞或组织，不具有发育 成完整个体的潜能
白细胞
白血病造血系统、 免疫系统功能障 碍疾病
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)
三、干细胞培养及其应用
应用：与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关
受损的
器官或
组织
受损的 血细胞
受损的 神经组
织
修复或 替换
修复或 替换
修复或 替换
正常 干细胞
正常造
血
干细胞
正常神
经
干细胞
患者 体内
患者 体内
患者 体内
移植
移植
移植
治疗 治愈
疾病
治疗
治疗
胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，
因而限制了它在医学上的应用
分
化 各种类型 细胞
体外 已分化的诱导 体细胞
移
植 病人 体内
类似胚胎干
细胞的一种
细胞
借助病毒载体，将精心筛选的24个基因导入成年小鼠皮肤 细胞。此时，这些细胞发生了转变，它们形态和功能像极 了胚胎干细胞。它们具有分化成皮肤、神经、肌肉以及其 它各种特殊细胞的能力。
Shinya
Yamanaka 获得 2012年诺贝尔 生理或医学奖， 表彰其在iPS细 胞技术上的贡献。
1.来 源 ：诱导成纤维细胞、T 细胞、B 细胞等形成的
2.优点：
类似胚胎干细胞， 转入相
关因子
无需破坏胚胎， 取成纤维细胞等
理论上可以避免
免疫排斥反应 胰岛细胞 神经元 红细胞 iPS 细胞
移植 肠上皮细胞
肝细胞心肌细胞
诱导多功能干细胞(iPS 细胞)
分化
导入特定基因
导入特定蛋白
小分子化合物诱导
治疗阿尔茨海默症
治疗心血管疾病
成纤维细胞
T细胞和B 细胞
诱导多功能干细胞(iPS 细 胞 )
iPS
细
轴
胞
诱导多功能干细胞(iPS 细胞)
3.缺点：
干细胞应用面临的问题存在着导致肿瘤发生的风险，导 致iPS细胞无法在短期内进入临床应用
Oct3/4 Sox2
细胞
衰老
体细胞
c-Myc
Klf4
Klf4 化
肿瘤细胞
iPS细胞
永生
干细胞的种类、特点及应用
干细胞的培养和应用
iPS细胞的培养和应用
营养
无菌、无毒
气体环境
温度、pH 和渗透压
动物细胞培养的条件
动物细胞培养的过程
制备细胞悬 液
原代 培养
课堂小结
传代 培养
动物细胞培养
( 1)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 (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
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。