資源簡介

2.2動物細胞工程
【教學目標】
課程標準與本節相對應的要求是：闡明動物細胞培養是從動物體獲得相關組織，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；簡述干細胞在生物醫學工程中有廣泛的應用價值。結合教材內容，確定本節教學目標：
1.認同動物細胞培養是模擬體內生理條件在體外進行的培養，由此分析、推出培養動物細
胞需要滿足的基本條件
2.嘗試建構動物細胞培養的基本流程
3.認同動物細胞培養是動物細胞工程的基礎
4.簡述干細胞的應用，通過探討干細胞在臨床上的應用所產生的效益與風險，理性看待生
物技術的應用，增強社會責任感
【教學重難點】
重點：動物細胞培養的條件與過程。
難點：動物細胞培養過程中相關名詞的理解及各項操作的目的
【新課導入】
展示人工合成皮膚圖片，觀看視頻，了解、分析人工合成皮膚發展和臨床應用。
第一塊人工合成皮膚是由白克和亞諾斯發明的，白克是馬薩諸塞總醫院外傷科的負責人，亞諾斯是麻省理工學院的化學教授。這兩位科學家利用鯊魚軟骨和來自牛皮中的膠原蛋白為原料發明了一種人造皮膚。在19 81年，白克和亞諾斯第一次將其發明的人造皮膚用于臨床，患者是一位身體一半面積被燒傷的女士。剝離掉燒傷的皮膚之后，白克應用了一層人造皮膚，并且，在條件允許的情況下，將患者的未燒傷皮膚移植到燒傷部位。三星期過后，這位女性患者新生皮膚的生長速度驚人，并且顏色與未燒傷皮膚一樣。在此基礎上的改進產品稱為integra人造皮膚，它不僅起著臨時性替代功能，并且可以刺激毛細血管、成纖維細胞和巨噬細胞等逐漸從傷口向人造皮膚內生長。
動物細胞培養的條件
由于學生已經具備內環境的化學成分和理化性質等基礎知識，因此教師安排探究活動——探究動物細胞培養需要的條件（以人體細胞培養為例）。學生結合內環境穩態及植物組織培養技術的相關知識，討論后認為：動物細胞培養需要無菌且無毒環境、特定的營養條件、一定的滲透壓、溫度和 pH。接著，教師
向學生呈現如下資料：① 開放培養時一般把細胞置于95%空氣和5%二氧化碳的氣體環境中。氧氣參與細胞的呼吸作用，二氧化碳可以維持培養基的 pH。大多數細胞的適宜pH為7. 2~7. 4。② 血清中除含有蛋白質、氨基酸、葡萄糖、激素及多種生長因子等外，還含有多種未知的促細胞生長因子、促貼附因子及其他
活性物質，能促進細胞的生長、增殖和貼附。因此，細胞培養時，要保證細胞能夠順利生長和增殖，一般需添加10%～20%的血清。通過資料分析，學生更深刻地意識到培養液中血清、血漿的重要性，以及對相應氣體環境的特殊需求。在學生形成上述的認識后，教師結合書本相關內容，帶領學生歸納、總結動物細胞培養要滿足的條件。形成對動物細胞培養條件的完整認識。
動物細胞培養的過程
讓學生依據動物細胞培養的概念，初步建構動物細胞培養的流程。
讓學生閱讀教材中“動物細胞培養的過程”的內容，思考、回答下列問題。
(1)培養前，為什么要將組織分散成單個細胞
(2)怎樣將組織分散成單個細胞
(3)細胞培養一段時間， 分裂會受阻，這是為什么 怎樣解決這一問題
3.指導學生在分析、回答問題的基礎上完善流程。
4.讓學生分析、回答教材“思考·討論”欄目中的問題。
干細胞培養及其應用
動物細胞培養又有哪些具體應用呢？教師通過課件展示干細胞美容的相關圖片，通過大家比較熟悉的醫美，引出干細胞的相關內容
教師利用課件展示“胚胎干細胞”的電鏡圖，通過閱讀教材中的內容，教師進行提問：
干細胞有哪些類型？這些類型各有怎樣的特點和哪些方面的應用？
科學家是怎樣獲得誘導多能干細胞的？這種細胞與胚胎干細胞相比，有哪些應用優勢？
干細胞用于臨床治療可能存在什么問題？
你如何看待干細胞在臨床上的應用所產生的效益和風險？
教師通過對相關問題的探討，可以讓學生理性地看待并合理運用生物技術，增強社會責任意識
動物細胞融合技術
1.概念：使兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的技術。（雜交細胞：具有原來兩個或多個細胞的遺傳信息）
2.原理：細胞膜的流動性
3.融合方法：PEG融合法、電融合法和滅活病毒誘導法等。
4.意義：突破了有性雜交的局限，使遠緣雜交成為可能。已成為研究細胞遺傳、細胞免疫、腫瘤和培育生物新品種等的重要手段，特別是雜交瘤技術，為制造單克隆抗體開辟了新途徑。
（相關信息：滅活是指用物理或化學手段使病毒或細菌失去感染能力，但并不破壞它們的抗原結構。滅活病毒誘導細胞融合的原理是：病毒表面含有的糖蛋白和一些酶能夠與細胞膜上的糖蛋白發生作用，使細胞互相凝聚，細胞膜上的蛋白質分子和脂質分子重新排布，細胞膜打開，細胞發生融合）
單克隆抗體及其應用
動物細胞融合技術已經成為研究細胞遺傳、細胞免疫、腫瘤和生物新品種培育等的重要手段，但還有一個更重要的用途——制備單克隆抗體
教師指導學生閱讀教材第49頁的文字和制備單克隆抗體示意圖，思考并回答問題：
兩位科學家機具創造性的設想是什么？
如果把B淋巴細胞和骨髓瘤細胞放在一起時，會有幾種融合方式？
B淋巴細胞和骨髓瘤細胞間融合所形成的能產生抗體的雜交瘤細胞是如何篩選出來的？
教師通過一系列的問題引導學生思考，幫助學生理解，并且在這個過程中，鍛煉學生的思維能力。
教師展示教材中“思考·討論”的相關資料，并讓學生分為小組，互相討論教材中的問題
資料1：用抗人絨毛膜促性腺激素單克隆抗體做成的“早早孕診斷試劑盒”，在妊娠第8天就可以作出診斷，這比原來的診斷方法提前了10d左右，可以避免孕婦在不知道妊娠的情況下因服用藥物而對胎兒造成不利影響。該方法檢測的準確率在90%以上。
資料2 使用高效的細胞毒素類藥物進行化療可以有效殺傷腫瘤細胞。但細胞毒素沒有特異性，在殺傷腫瘤細胞的同時還會對健康細胞造成傷害，這限制了它在臨床上的應用。抗體－藥物偶聯物（antibody-drugconjugates,ADC)通過將細胞毒素與能特異性識別腫瘤抗原的單克隆抗體結合，實現了對腫瘤細胞的選擇性殺傷。ADC通常由抗體、接頭和藥物（如細胞毒素）三部分組成，它的作用機制如下圖所示。
討論：
1.ADC的抗體和藥物各具有什么作用？
2.除了細胞毒素，還有哪些物質理論上可以作為ADC偶聯的藥物？
3. 單克隆抗體診斷試劑盒和ADC在臨床應用上各具有什么優勢？
4. 單克隆抗體在臨床上還有哪些應用？
通過思考討論，讓學生認同單克隆抗體具有廣闊的應用前景，培養學生的溝通、交流能力，增強團隊合作意識
體細胞核移植的過程
教師利用課件展示高產奶牛的圖片，讓學生嘗試構建克隆奶牛的相關流程，然后根據教材第53頁的相關流程圖，提出以下問題分小組討論：
受體細胞為什么選用卵母細胞？在體細胞的細胞核移植到受體卵母細胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細胞的核？
卵母細胞作受體細胞的原因體積大，易操作；去核時同時吸走第一極體; 營養物質豐富，含有激發細胞核全能性的物質。
(2)為使核移植的胚胎或動物的核遺傳物質全部來自供體細胞，在供體細胞的細胞核移至受體細胞之前，必須將受體細胞的遺傳物質去掉或將其破壞
為什么不是取供體細胞核進行核移植操作，而是將供體細胞整個注入去核卵母細胞中？
保證供核不被破壞，使克隆動物更像供體動物，操作也方便。
整個過程用了哪些技術？
動物細胞培養、核移植、早期胚胎培養、胚胎移植
新生牛的性別、基因？
與供體相同
繁殖方式？
無性繁殖
原理？
動物細胞核的全能性
你認為用上述體細胞核移植技術培育的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎？為什么？
絕大部分DNA來自于供體細胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自于受體卵母細胞。
此外，即便動物的遺傳基礎完全相同，但動物的一些行為、習性的形成與所處環境有很大關系，核供體動物生活的環境與克隆動物所生活的環境不會完全相同，其形成的行為、習性也不可能和核供體動物完全相同，從這一角度看，克隆動物不會是核供體動物100%的復制。
用于核移植的供體細胞一般都選用傳代10代以內的細胞，想一想，這是為什么？
培養的動物細胞一般當傳代至10～50代左右時，部分細胞核型可能會發生變化，其細胞遺傳物質可能會發生突變，而10代以內的細胞一般能保持正常的二倍體核型。因此，在體細胞核移植中，為了保證供體細胞正常的遺傳基礎，通常采用傳代10代以內的細胞。
學生小組之間互相討論教師提出的問題，教師給予肯定并及時提出問題和補充答案
通過讓學生自主構建克隆流程，讓學生由被動學生改為主動探索，提高學生的學習興趣。
體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題
教師理由課件展示體細胞核移植技術在畜牧業、醫藥衛生等領域的相關資料和圖片：
醫藥衛生方面：
①生產許多珍貴的醫用蛋白
②轉基因克隆動物的細胞、組織或器官可以作為異種移植的供體治療人類疾病
③以患者作為供體培育相應細胞、組織或器官進行移植，避免免疫排斥反應
畜牧生產：加速家畜遺傳改良進程、促進優良畜群繁育
科研： ①使人類更深入地了解胚胎發育及衰老過程
②分析致病基因
③研究致病機制，開發藥物
保護瀕危動物：增加瀕危物種存活數量
教師在與同學們討論體細胞核移植的應用前景之后，并讓同學們一起探討體細胞核移植過程中是否存在問題？
教師讓學生閱讀教材第54頁最后一段，了解體細胞核移植技術存在的問題，引導學生要辯證地看待技術的應用，發展學生的思維
【板書設計】
2.2動物細胞工程
1.動物細胞培養的條件
2.動物細胞培養的過程
3.干細胞培養及其應用
4.動物細胞融合技術
5.單克隆抗體及其應用
6.體細胞核移植的過程
7.體細胞核移植技術的應用前景及存在的問題

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