第2章

細胞工程第2節

動物細胞工程第一課時動物細胞培養對醫學中的生物學現象，進行分析并提出問題，體現了科學探究的核心素養。

在治療大面積燒傷時,通常采用的方法是取燒傷病人的健康皮膚進行自體移植。但對這樣的病人來說,自體健康皮膚非常有限,使用他人皮膚來源又不足,而且會產生免疫排斥反應。那么,怎樣才能獲得大量的自體健康皮膚?能不能用自體皮膚的單個細胞培養出可供移植的皮膚?【情境思考】1.闡明動物細胞培養是從動物體中獲得相關組織,分散成單個細胞后,在適宜的培養條件下，讓細胞生長和增殖的過程。動物細胞培養是動物細胞工程的基礎2.簡述干細胞在生物醫學工程中廣泛的應用價值1.概述動物細胞培養需要的基本條件有哪些。（生命觀念）2.簡述動物細胞培養的基本操作過程。（科學思維）3.說出干細胞的分類及作用。（生命觀念、社會責任）一、

動物細胞培養的條件1．概念：從動物體中取出相關的組織，將它分散成

，然后在適宜的培養條件下，讓這些細胞

的技術。2．條件(1)營養條件①常用培養基的類型：

。②成分：糖類、氨基酸、無機鹽、維生素、

等。(2)無菌無毒的環境①需要對培養液和所有培養用具進行

處理以及在

環境下進行操作。②培養液還需要定期更換，以便清除代謝物，防止

。單個細胞生長和增殖液體培養基血清滅菌無菌細胞代謝物積累對細胞自身造成危害【探究導學】(3)溫度、pH和滲透壓①哺乳動物細胞培養的溫度多以

℃為宜。②多數動物細胞生存的適宜pH為

。③

也是動物細胞培養過程中需要考慮的一個重要環境參數。(4)氣體環境：動物細胞培養所需氣體主要有O2和CO2①O2是

所必需的。②CO2的主要作用是維持培養液的

。36.5±0.57.2～7.4滲透壓細胞代謝pH1.為什么探究動物細胞培養時，要在培養基中加入血清、血漿等天然成分？血清和血漿中含有多種維持細胞正常代謝和生長的物質，如蛋白質、氨基酸、未知的促生長因子等，人們對細胞所需的營養物質還沒有完全搞清楚。2.動物細胞培養需要控制什么樣的氣體環境？各自起什么作用？95%空氣加5%CO2。空氣中的O2維持細胞代謝，CO2維持培養液的pH。3.動物細胞培養液的主要成分與植物組織培養基相比有何獨特之處？獨特之處有：(1)液體培養基；(2)成分中有動物血清等。【例1】一般來說，動物細胞體外培養需要滿足以下條件(

)①無毒的環境②無菌的環境③使用合成培養基，但通常需要加入血漿、血清等天然成分④溫度與動物的體溫相近⑤因在二氧化碳培養箱中培養，故不需要O2⑥適宜的pHA．①②③④⑤⑥

B．①②③④C．①②④⑤⑥ D．①②③④⑥動物細胞培養需要無菌、無毒的環境，①②正確；用于動物細胞培養的合成培養基需要加入糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等，還需要加入血清、血漿等天然成分，③正確；動物細胞培養需要適宜的溫度和pH，其中溫度要與動物體溫相近，④⑥正確；動物細胞培養需要一定的氣體環境，為95%空氣和5%的CO2，⑤錯誤。故選D。D二、動物細胞培養的過程1．原理：細胞

。2．過程

動物組織

①用機械的方法

②用

、

等處理細胞懸液:將組織分散成的

放在培養液中

①細胞懸浮在

中生長增殖培養皿或

②細胞

:細胞往往貼附在培養瓶的瓶壁上培養瓶內

③接觸

。分瓶培養

①

培養(分瓶前)

②

培養(分瓶后)增殖胰蛋白酶膠原蛋白酶單個細胞培養液貼壁抑制傳代原代1．動物細胞培養取材時，一般是取胚胎組織或幼齡動物的組織或器官，請解釋原因。胚胎組織或幼齡動物的組織或器官分裂、增殖旺盛。2．進行動物細胞傳代培養時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是什么成分？用胃蛋白酶可以嗎？為什么？蛋白質。不可以。多數動物細胞培養的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶(適宜pH為2)在此環境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環境中活性較高，因此胰蛋白酶適用于細胞培養時的處理。3．培養瓶中的細胞培養到什么時候就不再分裂增殖？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。【例2】(多選)下列關于動物細胞培養過程的敘述，正確的是(

)A．制作細胞懸液時，可以使用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理B．懸液中分散的細胞很快貼附在瓶壁上，細胞貼壁體現了細胞的適應性C．細胞培養在含混合氣體的培養箱中，其中的CO2可刺激細胞的呼吸D．培養保留接觸抑制的細胞在培養瓶壁上可形成多層細胞在利用動物組織塊制備細胞懸液時，可用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理，以消化組織細胞間的蛋白質，得到單個細胞，A正確；細胞貼壁是指懸浮液中分散的細胞很快就貼在瓶壁上的現象，體現了細胞的適應性，B正確；細胞培養在含混合氣體的培養箱中，其中的CO2可以維持培養液的pH，C錯誤；由于接觸抑制，動物細胞培養時只能形成單層細胞，D錯誤。A、B1．細胞貼壁和接觸抑制比較(1)細胞貼壁：將細胞懸液放入培養瓶內，置于適宜環境中培養，懸液中分散的大多數細胞需要貼附于某些基質表面才能生長增殖，這類細胞往往貼附在培養瓶的瓶壁上，這種現象稱為細胞貼壁。(2)接觸抑制：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，這種現象稱為細胞的接觸抑制。2．原代培養和傳代培養比較(1)第一次：用機械的方法，或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理的方法，對動物組織進行處理，使其分散成單個細胞后進行培養，稱為原代培養。(2)第二次：細胞培養過程中出現接觸抑制，用胰蛋白酶使其從瓶壁上脫離下來，然后，將其分散到多個培養瓶中繼續培養，稱為傳代培養。

【歸納提升】對幾個概念進行比較，體現了科學思維的核心素養。3．植物組織培養和動物細胞培養比較(1)植物組織培養過程中存在脫分化和再分化，而動物細胞培養過程中沒有脫分化和再分化過程。(2)植物組織培養可獲得新個體，體現了細胞的全能性，而動物細胞培養只能得到細胞，沒有體現細胞的全能性。(3)兩種技術手段在培養過程中都進行了有絲分裂，不涉及減數分裂，都可稱為克隆。三、干細胞培養及其應用1．存在：干細胞存在于

、骨髓和

等多種組織和器官中。2．功能：在一定條件下，干細胞可以分化成

。3．分類：包括胚胎干細胞和成體干細胞等。(1)胚胎干細胞①存在：

中。②功能：具有分化為成年動物體內的

的細胞，并進一步形成機體的所有

甚至個體的潛能。早期胚胎臍帶血其他類型的細胞早期胚胎任何一種類型組織和器官(2)成體干細胞①存在：存在于成體

內。②類型：造血干細胞、神經干細胞和

干細胞等。③功能：成體干細胞具有組織

，只能分化成特定的細胞或組織，不具有發育成

的能力。組織或器官精原特異性完整個體4．應用(1)將正常的造血干細胞移植到病人體內，恢復病人的

和

功能。(2)神經干細胞在治療

損傷和神經系統退行性疾病方面有重要的應用價值。(3)科學家通過體外誘導小鼠成纖維細胞，獲得了

，并用該細胞治療了小鼠的鐮狀細胞貧血。造血免疫神經組織iPS細胞1．干細胞用于治療人類的某些頑癥的原理是什么？舉例說明。

干細胞具有自我更新能力及分化潛能，與組織、器官的發育、再生和修復等密切相關，因而在醫學上有著廣泛的應用。

例如，將正常的造血干細胞移植到病人體內，恢復病人的造血和免疫功能，已成為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、免疫系統功能障礙等疾病的一種重要手段；神經干細胞在治療神經組織損傷和神經系統退行性疾病方面有重要的應用價值。對干細胞的概念進行分析并提出問題，體現了科學探究的核心素養。2．誘導iPS細胞為什么可以解決供體器官不足和器官移植后的免疫排斥問題？

一方面，通過iPS細胞體外誘導分化，可以培育出人造組織器官，從而解決供體器官不足問題，另一方面，由于iPS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。對干細胞的概念進行分析并提出問題，體現了科學探究的核心素養。【例3】科學家利用實驗鼠(二倍體)成功培育出單倍體胚胎干細胞。胚胎干細胞能夠分化成各種組織和器官，這將提高基因研究的準確性。下列敘述不正確的是(

)A．單倍體胚胎干細胞最可能由卵細胞直接發育形成B．胚胎干細胞能夠分化成各種組織器官，具有發育的全能性C．iPS類似于胚胎干細胞，最初是由纖維細胞轉化而來的D．單倍體胚胎干細胞沒有同源染色體，所有細胞中只有一個染色體組單倍體胚胎干細胞最可能由卵細胞直接發育形成；胚胎干細胞的功能特點是具有發育的全能性，能夠發育成各種組織器官；二倍體的配子發育形成的單倍體沒有同源染色體，有一個染色體組，但有絲分裂后期有兩個染色體組。D營養條件動物細胞培養干細胞無菌無毒功能胚胎干細胞成體干細胞培養條件培養過程存在原理分類應用溫度、PH和滲透壓過程【課堂小結】1．下列關于用動、植物體的體細胞進行離體培養的做法，敘述正確的是(

)A．都需用CO2培養箱B．都需用液體培養基C．都要在無菌條件下進行D．都可體現細胞的全能性C動、植物體的體細胞進行離體培養都要在無菌條件下進行；動物體的體細胞離體培養用液體培養基，需要使用CO2培養箱，不能體現細胞的全能性；植物體的體細胞離體培養需要用固體培養基，不需要使用CO2培養箱，能體現細胞的全能性。【隨堂訓練】2.下列生物工程技術中，不屬于動物細胞工程的是()

A．通過試管動物大量繁殖優良動物B．以大麥為主要原料來制作啤酒C．通過體細胞克隆技術培育出克隆羊D．將某人的肝癌細胞在實驗室中繁殖成一個細胞系B通過試管動物大量繁殖優良動物需要采用動物細胞培養技術，屬于動物細胞工程，A正確；啤酒的制作屬于發酵工程，B錯誤；通過體細胞克隆技術培育出克隆羊需要采用細胞核移植技術和動物細胞培養技術，屬于動物細胞工程，C正確；將某人的肝癌細胞在實驗室中大量培養需要采用動物細胞培養技術，屬于動物細胞工程，D正確。3.關于干細胞的敘述，下列說法不正確的是()A．ES細胞可以在體外分化成心肌細胞、神經元和造血干細胞等B．成體干細胞是成體組織或器官內的干細胞C．iPS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，可以避免免疫排斥反應D．已分化的T細胞、B細胞等不能被誘導為iPS細胞D已分化的T細胞、B細胞等也能被誘導為iPS細胞。4.（多選）下列不屬于動物細胞培養與植物組織培養區別的是()A．動物細胞培養基與植物細胞培養基的成分有所不同B．動物細胞培養不需要在無菌條件下進行C．動物細胞培養可發生遺傳物質改變，而植物組織培養不能D．植物組織培養和動物細胞培養都體現了細胞的全能性B、C、D動物細胞培養所用的培養基與植物組織培養所用的培養基的成分不同，如培養動物細胞的培養基需加入血清，而植物組織培養所用的培養基則不需加入血清，A正確；動物細胞培養與植物組織培養都需要在無菌、人工控制的條件下進行，B錯誤；動物細胞培養與植物組織培養過程中都可發生遺傳物質的改變，C錯誤；植物組織培養最終能夠形成完整的植物體，能體現植物細胞的全能性，動物細胞最終不能被培養成新的動物，不能體現動物細胞的全能性，D錯誤。5．某研究小組進行藥物實驗時，以動物肝細胞為材料，測定藥物對體外培養細胞的毒性。供培養的細胞有