1、-1-一动物细胞培养一动物细胞培养学习目标1.简述动物细胞培养的过程、条件,并构建动物细胞培养的流程图。2.举例说明动物细胞培养的应用。3.简述干细胞的种类及其应用价值。一、动物细胞培养的条件1.动物细胞培养是动物细胞工程的基础。2.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。3.动物细胞培养的条件(1)营养合成培养基:将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基。成分:在合成培养基中通常需要加入血清等一些天然成分。状态:液体培养基,也称为培养液。(2)无菌、无毒的环境对培养液和所有培养用具进行灭菌处理以及在无菌环
2、境下进行操作。定期更换培养液,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和渗透压温度:多以36.50.5 为宜。pH:7.27.4。渗透压:适宜。(4)气体环境 O2是细胞代谢必需的,CO2的主要作用是维持培养液的pH。在进行细胞培养时,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。二、动物细胞培养的过程1.过程取动物组织分散组织细胞:用机械的方法,或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理的方法,将组织分散成单个细胞制成细胞悬液转入培养液中进行原代培养传代培养2.体外培养的动物细胞类型及影响因素 类型影响因素能够悬浮在培
3、养液中生长增殖的细胞细胞密度、有害代谢物、培养液中营养物质含量需贴附于某些基质表面才能生长增殖的细胞除上述因素外,还有接触抑制3.相关概念(1)细胞贴壁:细胞悬液中分散的细胞贴附在培养瓶的瓶壁上的现象。(2)接触抑制:当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时,细胞停止分裂增殖的现象。(3)原代培养:分瓶之前的细胞培养,即动物组织经处理后的初次培养。(4)传代培养:分瓶之后的细胞培养。在进行传代培养时,悬浮培养的细胞直接用离心法收集;贴壁细胞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。预习反馈1.判断正误。(1)制备肝细胞悬液时先用剪刀剪
4、碎肝组织,再用胃蛋白酶处理。( )(2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞。( )(3)动物细胞培养技术的原理是动物细胞的全能性。( )2.下列关于动物细胞培养的叙述,不正确的是()A.传代培养时需要用胰蛋白酶等处理贴壁生长的细胞B.大多数细胞能够悬浮在培养液中生长增殖C.癌细胞在培养瓶中不会出现接触抑制现象D.动物细胞培养一般需要使用CO2培养箱答案B解析由原代培养换瓶进行传代培养时,需要用胰蛋白酶等处理贴壁生长的细胞,A项正确;动物细胞培养过程中,大多数细胞需要贴附于某些基质表面才能生长增殖,B项错误;癌细胞由于膜上糖蛋白减少,细胞黏着性降低,因而失去了接触抑制,容易分散和转
5、移,C项正确;动物细胞培养的场所是CO2培养箱,培养箱内含有95%的空气和5%的CO2的混合气体,为动物细胞提供适宜的环境,D项正确。三、干细胞培养及其应用1.原理及分布:在一定条件下,干细胞可以分化成其他类型的细胞。干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中。2.分类及功能 预习反馈1.判断正误。(1)胚胎干细胞可以来源于早期胚胎,也可以来源于成熟个体。( )(2)成体干细胞没有组织特异性,可以分化成特定的细胞或组织,不具有发育成完整个体的能力。( )(3)由iPS细胞产生的特定细胞,可以在新药的测试中发挥重要作用。( )2.现在有一个婴儿在出生后医院为他保留了脐带血,在他以后生长
6、发育过程中如果出现了某种难治疗的疾病,就可以通过血液中的干细胞来为他治病,关于这个实例说法正确的是()A.用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病,需要激发细胞的所有全能性B.用脐带血中的干细胞能够治疗这个孩子所有的疾病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育出的器官,应该长期给他使用免疫抑制药物答案C解析用干细胞培育出人体需要的组织、器官用来移植治疗,只需诱导干细胞分化成该组织、器官即可,不需激发其所有全能性;脐带血中含有大量造血干细胞,将正常的造血干细胞移植到病人体内,对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
7、的治疗具有疗效;移植用他脐带血中的干细胞培育出的器官属自体移植,基本不会发生免疫排斥反应,不需长期给他使用免疫抑制药物。探究点一探究点二动物细胞培养的条件和过程动物细胞培养的条件和过程情境导引动物细胞培养遵循的原理是什么?如何操作?依据下面动物细胞培养过程探究以下问题。探究点一探究点二探究点一探究点二1.以上过程依据的原理为。 答案细胞增殖2.培养材料:一般取自,因为这些组织或器官的生命力旺盛,分裂能力强。 答案幼龄动物的器官或组织3.将动物细胞分散成单个细胞培养的原因。(1)保证细胞所需要的供应。 (2)保证细胞内有害的及时排出。 答案(1)营养(2)代谢物探究点一探究点二4.动物细胞培养时
8、,用胰蛋白酶把细胞分散成单个细胞,用胃蛋白酶行吗?胰蛋白酶对细胞有伤害吗?怎么解决这个问题? 。 答案不行,因为动物细胞培养适宜的pH为7.27.4,胃蛋白酶在此环境中没有活性。用胰蛋白酶处理细胞作用时间长了会损伤细胞膜蛋白。要控制好胰蛋白酶的作用时间探究点一探究点二归纳提升1.动物细胞培养过程分析(1)培养流程探究点一探究点二(2)酶处理用酶“两次”处理的目的:第一次使用的目的是使组织细胞分散开;第二次使用的目的是使细胞从瓶壁上脱离下来,分散后继续培养。使细胞分散开的原因:一是能保证细胞所需要的营养供应;二是能保证细胞内有害代谢物的及时排出。不能用胃蛋白酶处理:由于大多数动物细胞培养的适宜p
9、H为7.27.4,而胃蛋白酶发挥作用的最适pH为2.0左右,因此不能用胃蛋白酶使细胞分散开。探究点一探究点二(3)原代培养和传代培养:区分两种“培养”的关键是看用胰蛋白酶处理的对象第一次:用胰蛋白酶对剪碎的动物组织进行处理,使其分散成单个细胞后进行培养,为原代培养。第二次:细胞培养过程中出现接触抑制,用胰蛋白酶使其从瓶壁上脱离下来,然后,将其分散到多个培养瓶中继续培养,为传代培养。探究点一探究点二2.动物细胞培养与植物组织培养的比较 比较项目动物细胞培养植物组织培养生物学原理 细胞增殖细胞全能性培养基性质 液体固体培养结果子代细胞新的植株应用人造皮肤的构建、动物分泌蛋白的规模化生产等(1)快速
10、繁殖(2)作物脱毒(3)培育作物新品种(4)细胞产物的工厂化生产培养条件无菌、适宜的温度和pH等取材新鲜的组织植物器官、组织或细胞探究点一探究点二比较项目动物细胞培养植物组织培养培养对象分散的单个细胞离体的植物器官、组织或细胞过程原代培养、传代培养脱分化、再分化细胞分裂、生长、分化特点(1)贴壁生长(2)接触抑制(1)脱分化:形成愈伤组织(2)再分化:形成根、芽等探究点一探究点二3.培养条件的分析(1)添加血清的作用:血清中含有多种维持细胞正常代谢和生长的物质,如蛋白质、氨基酸、未知的促生长因子等。细胞培养时,一般需添加10%20%的血清。(2)气体环境:CO2维持培养液的pH,O2维持细胞有
11、氧呼吸。特别提醒 (1)培养动物细胞时没有脱分化的过程,因为高度分化的动物细胞发育潜能变窄,失去了发育成完整个体的能力。(2)不是所有的细胞增殖过程中都存在接触抑制。例如,癌细胞增殖时不存在接触抑制,所以在培养瓶中可以形成多层细胞。探究点一探究点二典例剖析(多选)实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述正确的是()A.甲过程需要在无菌条件下进行,需要对小鼠进行消毒B.乙过程可用胰蛋白酶等处理皮肤组织,使组织细胞分散开C.丙过程表示原代培养,该过程会出现接触抑制现象D.丁过程表示传代培养,该过程需要用酶处理探究点一探究点二答案ABCD解析离体动物细胞培养需要无菌、无毒的环境,需要对实验小
12、鼠进行消毒处理,A项正确;乙过程可用胰蛋白酶等处理皮肤组织,使组织细胞分散开,B项正确;丙过程表示原代培养,该过程会出现接触抑制现象,C项正确;丁表示传代培养过程,该过程需要使用胰蛋白酶使贴壁细胞从瓶壁上脱离下来,使之分散成单个细胞,便于后续培养,D项正确。探究点一探究点二活学活练下列关于动物细胞培养的叙述,错误的是()A.体外培养癌细胞不会出现接触抑制现象B.原代培养可形成单层细胞C.动物细胞培养技术的原理是细胞增殖D.培养皿需置于95%O2和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养探究点一探究点二答案D解析癌细胞具有无限增殖的特点,由于其细胞膜上糖蛋白减少,细胞之间的黏着性降低,故体外
13、培养癌细胞不会出现接触抑制现象,A项正确;大多数动物细胞培养过程中细胞会贴壁生长,并伴随接触抑制现象,故原代培养可形成单层细胞,B项正确;动物细胞培养技术的原理是细胞增殖,即有丝分裂,C项正确;培养皿需置于含95%空气和5%CO2的混合气体的CO2培养箱中进行培养,D项错误。探究点一探究点二干细胞培养及其应用干细胞培养及其应用情境导引下图为iPS细胞的培养和利用过程示意图,请据图回答下列问题。探究点一探究点二1.由iPS细胞分化为各种组织细胞过程的实质是什么?提示基因的选择性表达。2.从病人体内提取成纤维细胞,将其转化成iPS细胞,经诱导后产生所需细胞,将所需细胞植入病人体内,这种技术的优点有
14、哪些?提示iPS细胞诱导过程无须破坏胚胎,不会产生伦理问题,且因iPS细胞来自病人自身,将诱导产生的所需细胞移植回病人体内后,理论上可以避免免疫排斥反应。3.iPS细胞是多能干细胞还是专能干细胞?在分裂过程中会发生哪些变异?提示多能干细胞。由于细胞增殖方式为有丝分裂,故能发生基因突变、染色体变异。探究点一探究点二归纳提升1.三种干细胞的比较比较项目胚胎干细胞成体干细胞诱导多能干细胞来源早期胚胎成体组织或器官中诱导高度分化的组织细胞形成特点具有分化成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
15、体的能力诱导过程无须破坏胚胎,不涉及伦理问题,且iPS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探究点一探究点二2.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,因而在医学上有着广泛的应用。例如,将正常的造血干细胞移植到病人体内, 恢复病人的造血和免疫功能,已成为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的一种重要手段;神经干细胞在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)方面有重要的应用价值。探究点一探究点二典例剖析美国和日本的两个研究小组分别宣布,其研究
16、人员成功地将人体皮肤细胞改造成了几乎可以和胚胎干细胞相媲美的多功能干细胞“iPS细胞”,人类“iPS细胞”可以形成神经元等人体多种组织细胞。以下有关“iPS细胞”的说法正确的是()A.“iPS细胞”分化为人体多种组织细胞的过程体现了细胞的全能性B.“iPS细胞”既可分化形成神经元,也可用于制造心肌细胞,说明“iPS细胞”在分裂时很容易发生突变C.“iPS细胞”有细胞周期,它分化形成的神经细胞没有细胞周期D.“iPS细胞”只能分化成人体多种组织细胞,是因为它具有人体部分细胞的遗传物质探究点一探究点二答案C解析细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后,仍具有产生完整生物体或分化成其他各种细胞的潜能,因此
17、,“iPS细胞”分化为人体多种组织细胞的过程并未体现细胞的全能性,A项错误;“iPS细胞”分化为多种细胞是基因的选择性表达的结果,B项错误;“iPS细胞”具有连续分裂能力,有细胞周期,而其分化形成的神经细胞无增殖能力,故没有细胞周期,C项正确;“iPS细胞”与人体内其他细胞的遗传物质相同,其只能分化成人体多种组织细胞是因为其分化能力有限,D项错误。探究点一探究点二活学活练下列有关干细胞的叙述,错误的是()A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化C.组织的细胞更新包括细胞凋亡和细胞增殖、分化等过程D.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力,可用于治疗白血病探究点一探究点二答案B解析自体干细胞移植过程中,干细胞来自患者本身,干细胞表面的组织相容性抗原与患者自身的组织相容性抗原完全相同,所以通常不会发生免疫排斥反应,A项正确;若给予适宜的外界环境条件,胚胎干细胞在体外也能被诱导分化,B项错误;组织细胞更新过程包括细胞分裂增加细胞数量和细胞分化增加细胞种类两个主要方面,同时也有基因控制的细胞自动结束生命的过程,即细胞凋亡,C项正确;造血干细胞属于专能干细胞,能分化成各种血细胞,通过移植造血干细胞,可治疗白血病,D项正确。
