2.2.1 动物细胞培养 课件23张--2020-2021学年高二生物(人教版(2019)选择性必修三)

文档属性

名称 2.2.1 动物细胞培养 课件23张--2020-2021学年高二生物(人教版(2019)选择性必修三)
格式 pptx
文件大小 4.8MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 生物学
更新时间 2021-04-13 21:31:03

图片预览

文档简介

第2节 动物细胞工程
一 动物细胞培养
第2章 细胞工程
2021/4/13
2021/4/13
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,哈里森用一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
1951年,张明觉等发现了哺乳动物精子的获能现象
1958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,我国科学家童第周等开展了鱼类细胞核移植工作
1959年,试管家兔诞生,之后,多种试管动物相继出生
1975年,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
1978年,小鼠的桑椹胚被成功分割,次年,科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊
1981年,埃文斯等成功分离和培养了小鼠的胚胎干细胞
1996年,世界上第一只体细胞克隆羊多莉在英国诞生,随后多种克隆动物相继问世
2006年,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
2014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
2017年,我国科学家首次培育了体细胞克隆猴
2021/4/13

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。
2021/4/13
动物细胞工程常用的技术包括动物细胞培养、动物细胞融合和动物细胞核移植等,其中动物细胞培养是动物细胞工程的基础。
羽毛中提取细胞
人造肉
2021/4/13
一、动物细胞培养的条件
原理:细胞增殖(有丝分裂)。
动物细胞培养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。
1.动物细胞培养的条件
(1)营养:糖类、氨基酸、无机盐、维生素等。
①合成培养基:将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制的培养基。
②动物血清:含人类未知、细胞生长和增殖所必需的物质。
③培养基的物理性质:培养动物细胞一般使用液体培养基,也称为培养液。
2021/4/13
(2)无菌、无毒的环境
①对培养液和所有培养用具进行灭菌处理。②在无菌环境下进行操作。③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。
(3)温度、pH和渗透压
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。
(4)气体环境
通常采用培养皿或松盖培养瓶。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。
O2:细胞代谢所必需的。
CO2:主要作用是维持培养液的pH。
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
2021/4/13
二、动物细胞培养的过程
2021/4/13
1.取动物组织
一般取材于动物胚胎或幼龄动物的组织、器官。因为这些细胞分化程度低,增殖能力强,容易培养。
2.制成细胞悬液
(1)将细胞分散成单个细胞。①机械的方法。②用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间。
原因:①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;②能使细胞与培养液充分接触,更易进行物质交换。
(2)用培养液将细胞制成细胞悬液。
2021/4/13
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。
2021/4/13
3.进行原代培养
(1)操作过程:将细胞悬液放入培养皿或培养瓶内,置于适宜环境中培养。原代培养: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。
(2)体外培养的动物细胞类型
①悬浮生长类:能够悬浮在培养液中生长增殖。
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。
②贴壁生长类:需要贴附于某些基质表面才能生长增殖(细胞贴壁),大多数细胞属于此类。除受密度、有害代谢物、营养物质影响外,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。
2021/4/13
4.分瓶、进行传代培养
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。这时就需要对细胞进行分瓶培养,让细胞继续增殖。传代培养:将分瓶后的细胞培养称为传代培养。
(1)悬浮生长类:直接用离心法收集。
(2)贴壁生长类:需要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。
之后,将收集的细胞制成细胞悬液,分瓶培养。
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
动物胚胎、幼龄动物
机械法或胰蛋白酶、胶原蛋白酶处理将组织分散成单个细胞
用培养液将细胞制成细胞悬液
一类细胞能够悬浮在培养液中生长增殖
大多数需要贴附于某些基质表面才能生长增殖
直接用离心法收集
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
2021/4/13
2021/4/13
思考·讨论·有关动物细胞培养的问题
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?
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。
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
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
2.动物细胞培养和植物组织培养的比较
2021/4/13
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
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


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。
2021/4/13
2.动物细胞培养和植物组织培养的比较
2021/4/13
三、干细胞培养及其应用
(2)分布:存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。
1.干细胞
(1)概念:动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。在一定条件下,干细胞可以分化成其他类型的细胞。
(3)分类:包括胚胎干细胞和成体干细胞等。
电镜下的胚胎干细胞
2021/4/13
②成体干细胞:是成体组织或器官内的干细胞,包括骨髓中的造血干细胞(多能干细胞)、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞(专能干细胞)等。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。
①胚胎干细胞(简称ES细胞):也叫全能干细胞,存在于早期胚胎中,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。
应用最成熟的成体干细胞:造血干细胞,主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。
2021/4/13
(1)概念: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,称为诱导多能干细胞,简称iPS细胞。
2.诱导多能干细胞(iPS细胞)
(2)获取方法:①将特定基因或特定蛋白导入细胞;②用小分子化合物诱导形成。
(3)诱导多能干细胞优点: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。
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
病人
胰岛细胞
神经元
血细胞
肠上皮细胞
心肌细胞
肝细胞
iPS细胞用于治疗人类疾病示意图
2021/4/13
3.干细胞的应用
有着自我更新能力及分化潜能的干细胞,与组织、器官的发育、再生和修复等密切相关。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}类型
应用
造血干细胞
神经干细胞
诱导多能干细胞(iPS细胞)
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
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)
可治疗小鼠的镰状细胞贫血症,在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展
1.下列属于动物细胞培养与植物组织培养区别 (  )
A.动物细胞培养所用的培养基的成分与植物的不同
B.动物细胞培养不需要在无菌条件下进行
C.动物细胞培养过程中可发生基因重组,而植物组织培养不能
D.植物组织培养和动物细胞培养都体现了细胞的全能性
2.在将动物组织块分散成单个细胞时,可以使用胰蛋白酶。由此不能推测出来的是 (  )
A.动物细胞之间可能依靠蛋白质相互联系
B.胰蛋白酶可能会对动物细胞造成损伤
C.处理时一定要注意处理时间、加酶量
D.换用胃蛋白酶也能起到相同的作用
A
2021/4/13
课堂练习
D
3.某医院接生了一名婴儿,医院为他保留了脐带血,若后来他患了胰岛素依赖型糖尿病,就可以通过脐带血中的干细胞为其治疗。关于这个实例说法正确的 (   )
A.用干细胞培育出人体需要的器官来治疗疾病,需要激发细胞的所有全能性
B.用脐带血干细胞能治疗这个孩子的所有疾病
C.如果要移植用他的干细胞培育出的器官,需要用到细胞培养技术
D.如果要移植用他的干细胞培养出的器官,应该长期给他使用免疫抑制药物
C
2021/4/13
课堂练习
4.右图为动物细胞培养过程示意图,请回答以下几个问题:
(1)容器A中的动物器官或组织首先要剪碎,然后用胰蛋白酶处理,其目的是______________________。
(2)培养先在B瓶中进行。瓶中的培养基成分有葡
萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和_________等。当
细胞分裂生长到_________时,就会停止增殖,需用
胰蛋白酶处理后分瓶继续培养,称为_________。
(3)有一类不正常的动物细胞,体外培养不受接触
抑制机制的制约而表现为“疯长”这类细胞最可能是
_______。
使组织分散成单个细胞
2021/4/13
课堂练习
动物血清
相互接触
传代培养
癌细胞
拓展应用
2021/4/13
(1)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HLA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)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。