(共29张PPT)
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
第2节 动物细胞工程
本节聚焦:
动物细胞培养需要哪些基本条件?
动物细胞培养的基本操作过程是什么?
怎样客观分析干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险?
第二章 细胞工程
一、动物细胞培养(基础)
二、动物细胞融合
三、动物细胞核移植
从社会中来
通过细胞培养构建的人造皮肤
思考:
怎样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可供的移植皮肤?
烧伤病人图片
异体皮肤移植图片
问题一:体外培育皮肤细胞实际上是在体外模拟体内的生理条件进行的培养,你认为体外培养动物细胞需要满足哪些条件?
【任务一】如何利用病人健康皮肤培育人造皮肤?
【思考】
1.内环境中的营养成分有哪些?
2.内环境的理化性质?
3.培养动物细胞除了上述2种条件,还需满足哪些条件?
糖类、氨基酸、无机盐、维生素……(合成培养基)
+血清
温度、PH、渗透压
无菌、无毒的环境
气体环境
1.营养
①气体的组成及作用
O2
CO2
②培养装置:
培养皿或松盖培养瓶
(含有95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱。)
置于
维持培养液的pH
细胞代谢所必需
CO2培养箱
总结:细胞培养的条件
2.无菌、无毒的环境
3.温度、PH、渗透压
4.气体环境
问题二:若直接培养健康的皮肤组织,组织中的细胞与细胞紧密接触在一起,会限制其生长和繁殖,怎样解决这一问题?
【任务一】如何利用病人健康皮肤培育人造皮肤?
【思考】(P44旁栏思考)
1.说明动物细胞间的物质主要是什么成分?
2.用胃蛋白酶可以吗?
动物组织
分散成
单个细胞
机械法、胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理
蛋白质
不可以,因为胃蛋白酶的最适PH为1.5左右,动物细胞培养的适宜PH为7.2-7.4
问题三:皮肤细胞培养一段时间后,可能出现因有害代谢物积累、营养物质缺乏,而引起细胞分裂受阻的现象,如何避免这样的情况发生?
【任务一】如何利用病人健康皮肤培育人造皮肤?
动物组织
分散成
单个细胞
机械法、胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理
加培养液
细胞悬液
培养液定时更换,以便清除代谢物,防止细胞代谢物积累,创造无毒的环境。
问题四:皮肤细胞培养一段时间后,可能出现因细胞密度过大,以及贴壁细胞之间发生接触抑制,而引起的细胞分裂受阻的现象,怎样解决这个问题?
【任务一】如何利用病人健康皮肤培育人造皮肤?
【阅读教材P44,回答下列问题】
1.体外培养的动物细胞有哪些类型?
2.什么是细胞贴壁?什么是接触抑制?
①悬浮生长细胞:细胞能够悬浮在培养液中生长増殖
②贴壁生长细胞:细胞需要贴附于某些基质(如培养瓶壁)表面才能增殖(主要类型)
①细胞贴壁:贴壁生长细胞细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上。
②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。
分瓶培养
细胞贴壁过程
贴壁生长与接触抑制
圆球形细胞刚开始
铺展贴壁生长(100×)
培养的动物细胞贴壁生长
并进行有丝分裂(100×)
细胞单层贴壁生长铺满瓶壁后出现接触抑制(100×)
形成一层细胞
可形成多层细胞
肿瘤细胞失去接触抑制,条件适宜在培养液可以无限增殖下去。
细胞悬液
细胞贴壁、接触抑制
动物
组织块
分散成
单个细胞
机械法
胰蛋白酶
胶原蛋白酶处理
加培养液
细胞悬液
原代培养
传代培养
放入培养瓶
在适宜条件中
分瓶培养
思考:什么是原代培养和传代培养?(P45)
判断依据:是否分瓶!
①原代培养:指动物组织经处理后的初次培养。
②传代培养:分瓶后的细胞培养。
【任务一】如何利用病人健康皮肤培育人造皮肤?
动物
组织块
分散成
单个细胞
机械法
胰蛋白酶
胶原蛋白酶处理
加培养液
细胞悬液
原代培养
传代培养
放入培养瓶
在适宜条件中
分瓶培养
【任务一】如何利用病人健康皮肤培育人造皮肤?
问题五:进行传代培养时,怎样收集贴壁生长的细胞?如果是悬浮培养的细胞,收集的方法又会有怎样的区别?
传代培养
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,再用离心法收集
②制成细胞悬液,分瓶培养
①收集
细胞
加培养液
小结:动物细胞培养的过程
用机械法 或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理
取动物组织
分散成单个细胞
接触抑制
悬浮生长
贴壁生长
(大多数)
解决方法
传代培养
分瓶
培养
细胞悬液
加培养液
原代培养
在培养皿或培养瓶内
细胞密度过大、有害代谢物积累、营养物质缺乏等
细胞分裂受阻
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
②制成细胞悬液,分瓶培养
①收集细胞
归纳动物细胞培养的概念:
从动物体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后在适宜的培养条件下,让这些细胞生长和增殖的技术。
思考.讨论
1.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?
分化程度低,增殖能力强
动物胚胎或幼龄动物的组织、器官
细胞悬浮液
胰蛋白酶
原代培养
传代培养
无限传代
单个细胞
加培养液
离体的植物器官、组织或细胞
愈伤组织
根、芽
植物体
脱分化
再分化
接种至培养基
2.动物细胞培养与植物组织培养有什么相同和不同之处?
思考.讨论
植物组织培养 动物细胞培养
原理
培养前处理
取材
培养基物理性质
培养基特有成分
特殊环境条件
培养结果
是否体现细胞全能性
相同点 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)
植物激素
血清
再分化需光照
气体环境
植物体
许多细胞
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。
二、干细胞的培养及其应用
阅读教材P46,回答下列问题:
1.什么是干细胞?它有哪些类型?这些类型的干细胞各有怎样的特点和哪些方面的应用?
2.科学家是怎样获得iPS细胞的?这种细胞与胚胎干细胞相比,有哪些应用优势?
3.干细胞应用于临床治疗可能存在什么问题?
4.你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险?
问题1:什么是干细胞?它有哪些类型?这些类型的干细胞各有怎样的特点和哪些方面的应用?
1.胚胎干细胞(简称ES细胞)
(1)存在:早期胚胎中。
(2)作用: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。
(3)成果:目前科学家已经分离了兔、牛、猴和人等的ES细胞,并证明了ES细胞可以在体外分化成心肌细胞、神经元和造血干细胞等细胞。
胚胎干细胞
二、干细胞的培养及其应用
2.成体干细胞
(1)存在:成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞。
(2)分类:包括造血干细胞、神经干细胞和精原干细胞等。
(3)作用: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。
成体干细胞
二、干细胞的培养及其应用
问题2:科学家是怎样获得iPS细胞的?这种细胞与胚胎干细胞相比,有哪些应用优势?
(1)概念:科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞,获得了类似胚胎干细胞的一种细胞,将它称为诱导多能干细胞。
(2)应用:用iPS细胞治疗阿尔茨海默病、心血管疾病等领域的研究取得了新进展。
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
诱导多能干细胞(iPS细胞)
ips细胞研究最新进展
2022年3月21日,中科院与合作伙伴在《nature》杂志上发表了一项重量级世界首创研究,宣布发现了一种非转基因、快速且可控的“鸡尾酒”细胞重编程方法,通过体细胞诱导首次获得了类似受精卵发育3天状态的人类全能干细胞,这是目前全球在体外培养的“最年轻”人类细胞。若将其用于再生医学,培育得到的器官更接近于真实器官,对人体器官的体外再生解决器官短缺等问题有着重要意义。
问题3:干细胞应用于临床治疗可能存在什么问题?
问题4:你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险?
二、干细胞的培养及其应用
存在导致肿瘤发生的风险
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
一、概念检测
练习与应用P38
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( )
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
二、拓展应用
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
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。
二、拓展应用
(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?
可能用于治疗不孕症;
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。
感谢观看
Thank you