第2節

動物細胞工程第1課時

動物細胞培養【本節聚焦】1.動物細胞培養需要哪些基本條件？2.動物細胞培養的基本操作過程是什么？3.怎樣客觀分析干細胞在臨床上的應用所產生的效益與風險?第二章

細胞工程從社會中來

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？通過細胞培養構建的人造皮膚可以從病人身上取少量正常、健康的皮膚在體外進行培養、擴增；目前，科學家還在研究對皮膚干細胞進行培養，以獲得適合臨床上使用的人造皮膚。從社會中來動物細胞工程常用的技術動物細胞培養動物細胞核移植動物細胞融合動物細胞工程的基礎人造皮膚克隆猴：中中和華華單克隆抗體一、動物細胞培養1.概念：從動物體中取出

，將它分散成

，然后在適宜的培養條件下，讓這些細胞

的技術。相關的組織單個細胞生長和增殖取出分散適宜條件動物體組織單個細胞細胞生長和增殖2.原理：細胞增殖（有絲分裂）3.目的：獲得細胞或者細胞產物二、動物細胞培養的條件﹤動物細胞培養所需基本條件﹤營養條件其他條件糖類氨基酸無機鹽維生素等適宜溫度、pH和滲透壓無菌、無毒的環境適宜的氣體環境一般來說，動物細胞培養（模擬體內細胞正常生長增殖的環境）需要滿足以下條件：1.快速繁殖1.營養二、動物細胞培養的條件將細胞所需的營養物質按種類和所需量嚴格配制而成的培養基。（1）培養基構成：合成培養基血清等一些天然成分＋①合成培養基：②血清等一些天然成分：含有尚未研究清楚的細胞所需的營養物質（2）培養基類型：液體培養基（也稱為培養液）2.無菌、無毒的環境(1)無菌：①對培養液和所有培養用具進行滅菌處理②在無菌環境下進行操作培養液定期更換。(2)無毒：目的：以便清除代謝物，防止細胞代謝物積累對細胞自身造成危害。③添加一定量的抗生素3.溫度、PH、滲透壓二、動物細胞培養的條件①適宜的溫度：哺乳動物細胞培養的溫度多以

為宜；②適宜的pH：多數動物細胞生存的適宜pH為

；③適宜的滲透壓：維持細胞正常的

和功能。36.5±

0.5℃7.2～7.4形態4.氣體環境①組成及作用：細胞代謝所必需的維持培養液的pHO2：CO2：②具體操作：采用培養皿或松蓋培養瓶，并將它們置于含有_______________和__________的混合氣體的____________中95%空氣5%CO2CO2培養箱傳代培養放入CO2培養箱中培養取動物組織制成細胞懸液轉入培養瓶或培養皿進行原代培養放入CO2培養箱中培養分瓶取動物組織分散成單個細胞制成細胞懸液原代培養傳代培養三、動物細胞培養的過程分瓶取動物組織分散成單個細胞制成細胞懸液原代培養傳代培養一般取動物胚胎或幼齡動物的組織、器官。細胞分化程度低，增殖能力強，容易培養。(1)對象:(2)原因:1.取動物組織三、動物細胞培養的過程2.分散成單個細胞(1)原因：①從動物體取出的成塊組織中，細胞與細胞靠在一起，彼此限制了生長和增殖。②利于細胞與培養液充分接觸，更易進行物質交換。(2)方法：用機械的方法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理一段時間。分瓶取動物組織分散成單個細胞制成細胞懸液原代培養傳代培養3.制成細胞懸液方法：用培養液將細胞制成細胞懸液。三、動物細胞培養的過程4.原代培養(1)體外培養的動物細胞類型①懸浮細胞：②貼壁細胞：能夠懸浮在培養液中生長增殖。需要貼附于某些基質表面才能生長增殖。（大多數細胞屬于這種類型）這類細胞往往貼附在培養瓶的瓶壁上。——細胞貼壁要求：培養瓶或培養皿的內表面光滑、無毒、易于貼附。分瓶取動物組織分散成單個細胞制成細胞懸液原代培養傳代培養3.制成細胞懸液方法：用培養液將細胞制成細胞懸液。三、動物細胞培養的過程4.原代培養(2)細胞增殖受阻的原因①懸浮的細胞：②貼壁細胞：會因細胞密度過大、有害代謝物積累和培養液中營養物質缺乏等因素而分裂受阻。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。除受上述因素影響外，還會發生接觸抑制現象。腫瘤細胞失去接觸抑制適宜條件下在培養液可以無限增殖下去。癌細胞的細胞膜上糖蛋白等物質減少正常細胞平面觀瓶壁上的細胞層數是：一層（或單層）癌變細胞失去接觸抑制現象，可以在培養瓶中形成多層細胞正常細胞增殖到相互接觸的時候，糖蛋白識別了這種信息，就會使細胞停止繼續增殖，出現接觸抑制的現象。某些異常細胞能解除這種現象。體外動物細胞培養如何解決細胞分裂受阻的問題呢？需要對細胞進行分瓶培養，讓細胞繼續增殖。拓展：三、動物細胞培養的過程判斷依據：是否分瓶！(1)原代培養：(2)傳代培養：分瓶前的細胞培養，即動物組織經處理后的初次培養。分瓶后的細胞培養。制成細胞懸液取動物組織放入CO2培養箱中培養轉入培養液進行原代培養

放入CO2培養箱中培養傳代培養5.分瓶、傳代培養分瓶取動物組織分散成單個細胞制成細胞懸液原代培養傳代培養5.分瓶、傳代培養（3）收集細胞的方法三、動物細胞培養的過程①懸浮培養的細胞：直接用離心法收集；②貼壁細胞：重新用胰蛋白酶等處理,使之分散成單個細胞，然后再用離心法收集。①第一次使用：使組織細胞分散開；②貼壁細胞傳代培養時使用：使細胞從瓶壁上脫離下來，分散成單個細胞，便于分瓶后繼續培養。（4）胰蛋白酶作用進行動物細胞培養時常用胰蛋白酶分散細胞，這說明細胞間的物質主要是什么成分？P44旁欄思考：蛋白質用胃蛋白酶行嗎？不行，因為動物細胞培養適宜的PH為7.2～7.4，此環境下胃蛋白酶(1.5～2.0)沒有活性，而胰蛋白酶(7.2～8.4)的活性較高。取動物組織用機械的方法，或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶處理分散成單個細胞加培養液制成細胞懸液原代培養在培養皿或培養瓶中傳代培養懸浮細胞貼壁細胞(大多數）細胞密度過大、有害代謝物積累、營養物質缺乏等接觸抑制細胞分裂受阻解決方法分瓶培養小結：動物細胞培養過程比較項目植物組織培養動物細胞培養原理培養基性質培養基特有成分培養過程培養結果相同點固體培養基新的植株葡萄糖、動物血清液體培養基細胞增殖植物細胞的全能性大量新細胞或細胞產物蔗糖、植物激素①培養過程中細胞都進行有絲分裂；②均需無菌操作，適宜的溫度、pH等條件。原代培養、傳代培養脫分化、再分化總結：植物組織培養和動物細胞培養的比較三、動物細胞培養的過程四、干細胞培養及其應用1.胚胎干細胞(ES細胞)(1)分布：(2)特點：(3)應用實例：(4)局限性：存在于

中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組織和器官甚至

的潛能。目前科學家已分離出了小鼠、兔、牛、猴和人等的ES細胞，并證明了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細胞。胚胎干細胞必須從

中獲取，涉及倫理問題，因而限制了在醫學上的應用。早期胚胎任何一種類型個體胚胎(1)分布：(3)特點:(2)常見類型

組織或器官內造血干細胞神經干細胞精原干細胞發現最早研究最多應用最成熟具有

性，只能分化成

細胞或組織，

發育成完整個體的能力。成體（骨髓、外周血和臍帶血中）（神經系統中）（睪丸中）組織特異特定的不具有(4)作用:有著自我更新能力

及分化潛能的干細胞，與組織、器官的

、

和

等密切相關。發育再生修復治療神經組織損傷和神經系統退行性疾病（如帕金森病、阿爾茨海默病等）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。造血干細胞→神經干細胞→四、干細胞培養及其應用2.成體干細胞(1)概念：通過

誘導小鼠

細胞，獲得了類似胚胎干細胞的一種細胞。(2)應用：(3)優勢：①誘導過程

破壞胚胎；②

理論上可以避免

反應。體外成纖維（該過程類似于植物組織培養中的脫分化）無須免疫排斥所以，科學家普遍認為iPS細胞的應用前景優于胚胎干細胞。四、干細胞培養及其應用3.誘導多能干細胞（iPS細胞）①用iPS細胞治療了小鼠的

；②用iPS細胞治療

等領域的研究也取得了新進展。鐮狀細胞貧血阿爾茨海默病、心血管疾病(4)制備方法：①借助載體將

導入細胞；②直接將

導入細胞；③用

來誘導形成。特定基因特定蛋白小分子化合物等(5)來源：成纖維細胞、T細胞、B細胞等練習與應用1.判斷下列有關動物細胞培養的表述是否正確。（1）培養環境中需要O2，不需要CO2。（

）（2）細胞要經過脫分化形成愈傷組織。（

）（3）培養液中通常含有糖類、氨基酸、無機鹽、維生素和動物血清（

）（4）培養瓶中的細胞需定期用胰蛋白酶處理,分瓶后才能繼續增殖（

）一.概念檢測×√××2.干細胞有著廣泛的應用前景。下列相關敘述錯誤的是()A.干細胞是從胚胎中分離提取的細胞B.造血干細胞可以分化為各種血細胞C.不同類型的干細胞,它們的分化潛能是有差別的D.由iPS細胞產生的特定細胞,可以在新藥的測試中發揮重要作用A練習與應用

現在關于iPS細胞的研究正在不斷深入。請你從以下兩個方面來查閱資料進行思考。（1）由于誘導iPS細胞、促使其分化都需要時間，因此用某人特異的iPS細胞進行醫療只限于時間比較充裕的情形。從實際事故、疾病發生的不可預測性方面考慮，如果要將這些細胞用于緊急情況，應該提前采取什么措施?像建立骨髓庫一樣，有研究團隊正在嘗試建立HLA(HumanLeukocyteAntigen,人類白細胞抗原)多態性豐富的iPS細胞庫，可以為需要的人找到HLA匹配度較高的iPS細胞，這樣不僅可以節省時間、成本，還能減輕異體干細胞移植后發生的免疫排斥反應。（2）如果誘導iPS細胞定向分化為生殖細胞的技術發展成熟，該技術可能會有哪些應用？又可能帶來哪些問題？

用于治療不孕癥；進行瀕危物種的克隆研究。

該技術可能帶來一系列的倫理問題。例如，如果用同一個人的iPS細胞分別誘導形成精子和卵子，兩者受精可能培育出“單親”嬰兒；有的人還可能有目的地選擇iPS細胞，從而“設計”嬰兒。二.拓展應用感謝您的觀看！科技探索之路:動物細胞工程的發展歷程首例胚胎移植成功首創動物組織體外培養法發現哺乳動物精子獲能現象體細胞核移植成功試管家兔誕生創立單克隆抗體技術胚胎分割移植成功分離和培養小鼠胚胎干細胞克隆羊多莉誕生獲得誘導多能干細胞單細胞基因組測序進行遺傳病篩查的試管嬰兒誕生我國科學家首次培育了體細胞克隆猴。1890年1907年1951年1958年1959年1975年197