資源簡介 (共51張PPT)第二章 細(xì)胞工程動物細(xì)胞工程選擇性必修三動物細(xì)胞培養(yǎng)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(jìn)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(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。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(xì)胞培養(yǎng)出可供移植的皮膚?通過細(xì)胞培養(yǎng)構(gòu)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(jìn)行培養(yǎng)、擴增;目前,科學(xué)家還在研究對皮膚干細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng),以獲得適合臨床上使用的人造皮膚。動物細(xì)胞培養(yǎng)人造皮膚 自體皮膚移植動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞核移植動物細(xì)胞融合動物細(xì)胞工程技術(shù)動物細(xì)胞工程動物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)一、動物細(xì)胞培養(yǎng)的概念1. 動物細(xì)胞培養(yǎng):從動物體中取出相關(guān)組織,將它們分散成單個細(xì)胞,然后在適宜的培養(yǎng)條件下,讓這些細(xì)胞生長和增殖的技術(shù)2. 原理:取出分散適宜條件動物體組織單個細(xì)胞細(xì)胞生長和增殖操作原因:將相關(guān)組織分散成單個細(xì)胞,細(xì)胞所需的營養(yǎng)容易供應(yīng),其代謝廢物容易排出。細(xì)胞增殖 (有絲分裂)動物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)3. 地位:一、動物細(xì)胞培養(yǎng)的概念獲得細(xì)胞或細(xì)胞產(chǎn)物(人造皮膚的構(gòu)建,動物分泌蛋白的規(guī)模化生產(chǎn)等),不能獲得完整動物個體。4. 目的:二、動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件動物細(xì)胞培養(yǎng)所需的基本條件營養(yǎng)物質(zhì)其他條件<<糖類氨基酸無機鹽維生素無菌、無毒的環(huán)境適宜的溫度、pH和滲透壓適宜的氣體環(huán)境二、動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件(1)成分①合成培養(yǎng)基:將細(xì)胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量嚴(yán)格配制而成的培養(yǎng)基,營養(yǎng)物質(zhì)主要包括:糖類、氨基酸、無機鹽、維生素等。②天然成分:由于人們對細(xì)胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)尚未全部研究清楚,因此,在使用合成培養(yǎng)基時,通常需要加入血清等一些天然成分。1. 營養(yǎng):合成培養(yǎng)基 + 血清等天然成分二、動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件1. 營養(yǎng):合成培養(yǎng)基 + 血清等天然成分(2)培養(yǎng)基物理性質(zhì):一般使用 培養(yǎng)基,也稱為培養(yǎng)液。液體2. 無菌、無毒的環(huán)境二、動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件①對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進(jìn)行滅菌處理②在無菌環(huán)境下進(jìn)行操作定期更換培養(yǎng)液,以便清除代謝物,防止細(xì)胞代謝物積累對細(xì)胞自身造成危害。(1)無菌(2)無毒在細(xì)胞培養(yǎng)液中添加適量的抗生素思考:如何防止培養(yǎng)過程中的微生物污染?3. 溫度、pH和滲透壓(1)適宜的溫度:哺乳動物細(xì)胞培養(yǎng)的溫度多以(36.5±0.5)℃為宜。(2)適宜的pH:多數(shù)動物細(xì)胞生存的適宜pH為7.2-7.4。(3)適宜的滲透壓:維持細(xì)胞正常的形態(tài)和功能。二、動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件4. 氣體環(huán)境(3)通常采用培養(yǎng)皿或松蓋培養(yǎng)瓶,并將它們置于含有95%空氣和5%CO2的混合氣體的CO2培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。(1)O2:細(xì)胞代謝所必需的。(2)CO2:主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。二、動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件三、動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程取動物組織分散成單個細(xì)胞細(xì)胞懸液原代培養(yǎng)用機械的方法, 或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理加培養(yǎng)液放入培養(yǎng)皿或培養(yǎng)瓶內(nèi)一類細(xì)胞能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖(懸浮生長)一類需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖(貼壁生長)細(xì)胞密度過大、有害代謝物積累和培養(yǎng)液營養(yǎng)物質(zhì)缺乏等分裂受阻接觸抑制CO2培養(yǎng)箱中傳代培養(yǎng):將收集的細(xì)胞制成細(xì)胞懸液,分瓶培養(yǎng)直接用離心法收集重新用胰蛋白酶等處理分散成單個細(xì)胞,再用離心法收集大多數(shù)細(xì)胞1. 取動物組織(1)取材:動物胚胎或幼齡動物的組織。(2)原因:細(xì)胞分化程度低,增殖能力強,容易培養(yǎng)。2. 將組織分散成單個細(xì)胞(2)方法:機械方法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶等處理。(1)原因:從動物體取出的成塊組織中,細(xì)胞與細(xì)胞靠在一起,彼此限制了生長和增殖。分散成單個細(xì)胞能使細(xì)胞與培養(yǎng)液充分接觸,一方面保證細(xì)胞所需的營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng),另一方面保證細(xì)胞內(nèi)代謝廢物的及時排出。三、動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程動物細(xì)胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。不行。思考:進(jìn)行動物細(xì)胞培養(yǎng)時常用胰蛋白酶分散細(xì)胞,這說明細(xì)胞間的物質(zhì)主要是什么成分?用胃蛋白酶行嗎?注意:①不能用胃蛋白酶將組織分散成單個細(xì)胞,因為胃蛋白酶的適宜pH約為2,當(dāng)pH大于6時,胃蛋白酶就會失去活性。多數(shù)動物細(xì)胞培養(yǎng)的適宜pH為7.2~7.4,胃蛋白酶在此環(huán)境中變性失活。思考:胰蛋白酶能將細(xì)胞消化掉嗎?將動物組織分散成單個細(xì)胞時要注意什么問題呢?注意:②動物細(xì)胞間的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)。使用胰蛋白酶時,應(yīng)注意控制好作用時間。因為胰蛋白酶不僅能分解細(xì)胞間的蛋白質(zhì),細(xì)胞膜也含有蛋白質(zhì),長時間作用還會分解細(xì)胞膜蛋白等,對細(xì)胞造成損傷。能,應(yīng)注意時間的控制。三、動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程(1)原代培養(yǎng):指分瓶之前,動物組織經(jīng)處理后的初次培養(yǎng)。(2)傳代培養(yǎng):分瓶后的細(xì)胞培養(yǎng)。3. 原代培養(yǎng)和傳代培養(yǎng)(1)懸浮生長類:能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖。(2)貼壁生長類:4. 體外培養(yǎng)的動物細(xì)胞類型需要貼附于某些基質(zhì)表面才能生長增殖,大多數(shù)細(xì)胞屬于這種類型。這類細(xì)胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上,這種現(xiàn)象稱為細(xì)胞貼壁。細(xì)胞貼壁生長增殖,這類細(xì)胞往往貼附在培養(yǎng)瓶的瓶壁上。培養(yǎng)皿培養(yǎng)瓶5. 分瓶進(jìn)行傳代培養(yǎng)的原因:(1)懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞會因細(xì)胞密度過大、有害代謝物積累和培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)缺乏等因素而分裂受阻。(2)貼壁細(xì)胞在生長增殖時,除受上述因素影響外,還會發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象。三、動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程6. 接觸抑制現(xiàn)象:當(dāng)貼壁細(xì)胞分裂生長到表面相互接觸時,細(xì)胞通常會停止分裂增殖的現(xiàn)象。接觸抑制現(xiàn)象:細(xì)胞間相互接觸,細(xì)胞停止分裂增殖,數(shù)量不再增加。剛開始鋪展貼壁生長貼壁生長并進(jìn)行有絲分裂單層相互接觸出現(xiàn)接觸抑制正常細(xì)胞平面觀(2)癌變細(xì)胞沒有接觸抑制現(xiàn)象,可以在培養(yǎng)瓶中形成多層細(xì)胞。腫瘤細(xì)胞失去接觸抑制6. 接觸抑制現(xiàn)象(1)正常細(xì)胞在貼壁生長過程中,隨著細(xì)胞分裂,數(shù)量不斷增加,當(dāng)細(xì)胞相互接觸,細(xì)胞停止分裂增殖,數(shù)量不再增加,最后形成一層(或單層)。正常細(xì)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(xì)胞停止繼續(xù)增殖,出現(xiàn)接觸抑制的現(xiàn)象。癌細(xì)胞細(xì)胞膜表面糖蛋白等物質(zhì)顯著減少,失去接觸抑制,適宜條件下可以無限增殖。思考:為什么癌變細(xì)胞沒有接觸抑制現(xiàn)象?①懸浮生長類:直接用離心法收集。②貼壁生長類:重新用胰蛋白酶等處理,使之分散成單個細(xì)胞,然后再用離心法收集。(2)將收集的細(xì)胞制成細(xì)胞懸液,分瓶培養(yǎng)。7. 收集細(xì)胞傳代培養(yǎng)三、動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程(1)收集細(xì)胞的方法傳代培養(yǎng)放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)取動物組織制成細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)入培養(yǎng)液進(jìn)行原代培養(yǎng)放入CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)三、動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程細(xì)胞懸液細(xì)胞株10代細(xì)胞50代細(xì)胞細(xì)胞系無限傳代遺傳物質(zhì)改變細(xì)胞系遺傳物質(zhì)一般不改變延伸拓展:細(xì)胞株和細(xì)胞系細(xì)胞株:原代培養(yǎng)的細(xì)胞一般傳至10代左右細(xì)胞生長停滯,大部分細(xì)胞衰老死亡,少數(shù)細(xì)胞存活到40~50代,這種傳代細(xì)胞為細(xì)胞株。細(xì)胞系:細(xì)胞株傳代至50代后又出現(xiàn)細(xì)胞生長停滯狀態(tài),只有部分細(xì)胞由于遺傳物質(zhì)的改變,使其在培養(yǎng)條件下可以無限制傳代,這種傳代細(xì)胞為細(xì)胞系。區(qū)別:細(xì)胞系的遺傳物質(zhì)改變,具有癌細(xì)胞的特點,失去接觸抑制。海拉細(xì)胞系來自一位美國黑人婦女海瑞塔·拉克斯的宮頸癌細(xì)胞,在1951年進(jìn)行細(xì)胞取樣后,她于6個月后去世。這一細(xì)胞系是永生的,也就是說,只要有合適的培養(yǎng)環(huán)境,它們就能在細(xì)胞培養(yǎng)基中無限分裂下去。不同于其他一般的人類細(xì)胞,此細(xì)胞不會衰老死亡,并可以無限分裂下去。此細(xì)胞系跟其他癌細(xì)胞系相比,增殖異常迅速。歸納總結(jié):植物組織培養(yǎng)和動物細(xì)胞培養(yǎng)的比較比較項目 植物組織培養(yǎng) 動物細(xì)胞培養(yǎng)原理培養(yǎng)基性質(zhì)培養(yǎng)基特有成分培養(yǎng)過程培養(yǎng)結(jié)果培養(yǎng)目的相同點 獲得細(xì)胞或細(xì)胞產(chǎn)物常用固體培養(yǎng)基完整植株動物血清常用液體培養(yǎng)基細(xì)胞增殖植物細(xì)胞的全能性獲得大量細(xì)胞快速繁殖等植物激素原代培養(yǎng)、傳代培養(yǎng)脫分化、再分化①培養(yǎng)過程中細(xì)胞都進(jìn)行有絲分裂,不涉及減數(shù)分裂;②均需無菌操作,需要適宜的溫度、pH等條件。四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用1. 概念:動物和人體內(nèi)仍保留的少數(shù)具有分裂和分化能力的細(xì)胞。在一定條件下,干細(xì)胞可以分化成其他類型的細(xì)胞。2. 分布:干細(xì)胞存在于 、 和等多種組織和器官中。早期胚胎骨髓臍帶血3. 分類:胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)、成體干細(xì)胞等(1)胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)①分布:存在于早期胚胎中②特點:具有分化為成年動物體內(nèi)的任何一種類型的細(xì)胞,并進(jìn)一步形成機體的所有組織和器官甚至個體的潛能。四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)(1)胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)③應(yīng)用實例:ES細(xì)胞在體外分化成心肌細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞和造血干細(xì)胞等四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用(1)胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)④局限性:四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用必須從胚胎中獲取,涉及倫理問題,因而限制了在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。①分布:存在于成體組織或器官內(nèi)(2)成體干細(xì)胞四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用受精卵囊胚胎兒成人胚胎干細(xì)胞成體干細(xì)胞睪丸中的精原干細(xì)胞②舉例:(2)成體干細(xì)胞四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用骨髓中的造血干細(xì)胞神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)干細(xì)胞血細(xì)胞和免疫細(xì)胞分化分化神經(jīng)細(xì)胞分化精原細(xì)胞③特點:一般認(rèn)為,成體干細(xì)胞具有組織特異性,只能分化成特定的細(xì)胞或組織,不具有發(fā)育成完整個體的能力。(2)成體干細(xì)胞四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用④ 是發(fā)現(xiàn)最早、研究最多、應(yīng)用也最為成熟的一類成體干細(xì)胞,主要存在于成體的骨髓、外周血和臍帶血中。造血干細(xì)胞(2)成體干細(xì)胞四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用4. 應(yīng)用:干細(xì)胞有著自我更新能力及分化的潛能,與組織、器官的發(fā)育、再生和修復(fù)等密切相關(guān),因而在醫(yī)學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用。正常造血干細(xì)胞患者體內(nèi)受損的血細(xì)胞修復(fù)或替換移植治療白血病惡性腫瘤放療或化療后引起的造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)功能障礙疾病四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用(1)造血干細(xì)胞4. 應(yīng)用:正常神經(jīng)干細(xì)胞患者體內(nèi)受損的神經(jīng)組織神經(jīng)組織損傷修復(fù)或替換移植治療神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病(帕金森病、阿爾茨海默病)(2)神經(jīng)干細(xì)胞四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用資料:2006年,科學(xué)家通過體外誘導(dǎo)小鼠成纖維細(xì)胞,獲得了類似胚胎干細(xì)胞的一種細(xì)胞,將它稱為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(簡稱iPS細(xì)胞),并用iPS細(xì)胞治療了小鼠的鐮狀細(xì)胞貧血。(1)概念:通過體外誘導(dǎo)小鼠成纖維細(xì)胞,獲得了類似胚胎干細(xì)胞的一種細(xì)胞,稱為誘導(dǎo)多能干細(xì)胞,簡稱iPS細(xì)胞。5. 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用5. 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用(2)誘導(dǎo)方法:①將特定基因或特定蛋白導(dǎo)入細(xì)胞(成纖維細(xì)胞以及已分化的T細(xì)胞、B細(xì)胞均可);②用小分子化合物誘導(dǎo)形成。知識拓展:成纖維細(xì)胞是疏松結(jié)締組織的主要細(xì)胞成分。細(xì)胞扁平,多突起,呈星狀,細(xì)胞質(zhì)較豐富,細(xì)胞核較大,扁卵圓形,染色質(zhì)疏松著色淺,核仁明顯。(3)應(yīng)用②iPS細(xì)胞在治療阿爾茨海默病、心血管疾病等領(lǐng)域的研究也取得了新進(jìn)展。①應(yīng)用iPS細(xì)胞可治療小鼠的鐮狀細(xì)胞貧血。5. 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用(4)優(yōu)點②iPS細(xì)胞可以來源于病人自身的體細(xì)胞,將它移植回病人體內(nèi)后,理論上可以避免免疫排斥反應(yīng),所以,科學(xué)家普遍認(rèn)為iPS細(xì)胞的應(yīng)用前景優(yōu)于胚胎干細(xì)胞。①誘導(dǎo)過程無需破壞胚胎。5. 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPS細(xì)胞)四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用移植取成纖維細(xì)胞等iPS細(xì)胞轉(zhuǎn)入相關(guān)因子細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化分化胰島細(xì)胞神經(jīng)元血細(xì)胞腸上皮細(xì)胞心肌細(xì)胞肝細(xì)胞病人iPS細(xì)胞用于治療人類疾病示意圖四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用取成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)入相關(guān)因子細(xì)胞轉(zhuǎn)化為iPS細(xì)胞誘導(dǎo)iPS細(xì)胞定向分化為多種組織細(xì)胞移植回病人體內(nèi)6. 干細(xì)胞應(yīng)用面臨的問題及展望干細(xì)胞將在再生醫(yī)學(xué)、藥物安全性與有效性檢測等領(lǐng)域發(fā)揮大作用。(1)面臨的問題:存在導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的風(fēng)險。(2)應(yīng)用展望:四、干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用練習(xí)與應(yīng)用(P47)1. 判斷下列有關(guān)動物細(xì)胞培養(yǎng)的表述是否正確。(1)培養(yǎng)環(huán)境中需要O2,不需要CO2 。( )(2)細(xì)胞要經(jīng)過脫分化形成愈傷組織。( )(3)培養(yǎng)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(yǎng)瓶中的細(xì)胞需定期用胰蛋白酶處理,分瓶后才能繼續(xù)增殖( )×√××一、概念檢測2. 干細(xì)胞有著廣泛的應(yīng)用前景。下列相關(guān)敘述錯誤的是( )A. 干細(xì)胞是從胚胎中分離提取的細(xì)胞B. 造血干細(xì)胞可以分化為各種血細(xì)胞C. 不同類型的干細(xì)胞,它們的分化潛能是有差別的D. 由iPS細(xì)胞產(chǎn)生的特定細(xì)胞,可以在新藥的測試中發(fā)揮重要作用練習(xí)與應(yīng)用(P47)一、概念檢測A二、拓展應(yīng)用現(xiàn)在關(guān)于iPS細(xì)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(jìn)行思考。(1)由于誘導(dǎo)產(chǎn)生iPS細(xì)胞、促使其分化都需要時間,因此用某人特異的iPS細(xì)胞進(jìn)行醫(yī)療只限于時間比較充裕的情形。從實際事故、疾病發(fā)生的不可預(yù)測性方面考慮,如果要將這些細(xì)胞用于緊急情況,應(yīng)該提前采取什么措施 像建立骨髓庫一樣,有研究團(tuán)隊正在嘗試建立HLA(Human Leukocyte Antigen,人類白細(xì)胞抗原)多態(tài)性豐富的iPS細(xì)胞庫,可以為需要的人找到HIA匹配度較高的iPS細(xì)胞,這樣不僅可以節(jié)省時間、成本,還能減輕異體干細(xì)胞移植后發(fā)生的免疫排斥反應(yīng)。練習(xí)與應(yīng)用(P47)該技術(shù)可能被用于治療不孕癥;獲得足夠量的生殖細(xì)胞來進(jìn)行瀕危物種的克隆研究;獲得生殖細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作,再經(jīng)過受精、胚胎發(fā)育等過程來獲得轉(zhuǎn)基因動物。該技術(shù)可能帶來一系列的倫理問題。例如,如果用同一個人的iPS細(xì)胞分別誘導(dǎo)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(xì)胞,從而“設(shè)計”嬰兒。二、拓展應(yīng)用現(xiàn)在關(guān)于iPS細(xì)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(jìn)行思考。(2)如果誘導(dǎo)iPS細(xì)胞定向分化為生殖細(xì)胞的技術(shù)發(fā)展成熟,該技術(shù)可能會有哪些應(yīng)用?又可能帶來哪些問題?練習(xí)與應(yīng)用(P47)無菌、無毒營養(yǎng)溫度、pH和滲透壓氣體環(huán)境制備細(xì)胞懸液原代培養(yǎng)傳代培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程干細(xì)胞的培養(yǎng)和應(yīng)用干細(xì)胞的種類、特點及應(yīng)用iPS細(xì)胞的培養(yǎng)和應(yīng)用謝 謝 觀 看 展開更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫