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1、2 2动物细胞工程 2 2动物细胞工程 生产单克隆抗体 动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础 动物细胞工程常用的技术手段技术 皮肤烧伤 如果创面很小 不大于硬币 只要保持清洁 甚至深度烧伤 也可能自愈 如果下层真皮受损面积较大 常常需要植皮 植皮需要的健康皮片 可以取自烧伤病人自身未烧伤的部位 自体植皮 也可取自其他活人或尸体 异体植皮 等 自体植皮是永久性的 取自其他人或动物的植皮是暂时性的 是在创面愈合过程中为保护创面而采取的措施 10 14天后就要被身体排斥 如果一个大面积烧伤的病人来说 自体皮肤有限 其他渠道的皮肤来源不足 如何才能获得大量的自体健康皮肤 动物细胞培养技术 从动
2、物机体中取出相关组织 将它们分散成单个细胞 然后放在适宜的培养基中 让这些细胞生长和增殖 一 动物细胞培养1 动物细胞培养的概念 原理 细胞增殖 人耳鼠 人耳鼠 再出风头2001年 一只特别的活老鼠在北京引起轰动 这是有着一对红眼睛的 尾巴长长的 浑身没毛的小白鼠 值得一提的是 这只小白鼠的背上 竟长着一只几乎与身子一般大小的 人耳 这只老鼠背上的 人耳 是由上海市第九人民医院副院长 整复外科主任曹谊林教授利用组织工程技术复制出来的 在京展出的数天 尽管门票高达20元 但还是有将近20万人 心甘情愿地掏钱一睹 人耳鼠 的风采 动物细胞培养过程 1 选材 动物胚胎或幼龄动物的组织 器官原因 细胞
3、增殖能力强 分裂旺盛 分化程度低 容易培养 2 将组织细胞分散成单个细胞 将组织块剪碎 用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间 这样组织就会分散成单个细胞 思考 为什么培养前要将组织细胞分散成单个细胞 单个细胞容易和周围环境进行物质交换 获得营养物质 氧气等 排出代谢废物 分散成单个细胞培养能使细胞水平操作的其他技术得以实现 1 进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞 说明细胞间的物质主要是什么成分 用胃蛋白酶行吗 P44旁栏 用胰蛋白酶分散细胞 说明细胞间的物质主要是蛋白质 不能用胃蛋白代替因为两者的最适pH不同 动物细胞培养适宜的pH为7 2 7 4 此环境下胃蛋白酶 最适pH2 0 没有活
4、性 而胰蛋白酶 最适pH7 2 8 4 的活性较高 胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗 为什么 P44寻根问底 胰蛋白酶除了可以消化细胞间的蛋白外 长时间的作用也会消化细胞膜蛋白 对细胞有损伤作用 因此必须控制好胰蛋白酶的消化时间 动物组织 单个细胞 细胞悬液 贴壁生长 分瓶培养 10代细胞 50代细胞 不死细胞 原代培养 传代培养 胰蛋白酶 剪碎 加培养液 接触抑制 少数癌变 少数 3 配制细胞悬液 进行原代培养及传代培养 1 细胞贴壁 悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上 称为细胞贴壁 要求 培养瓶或培养皿的内表面光滑 无毒 易于贴附 2 细胞的接触抑制 当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时 细胞
5、就会停止分裂增殖 这种现象称为细胞的接触抑制 细胞接触抑制 细胞在贴壁生长过程中 随着细胞分裂 数量不断增加 最后形成一个单层 此时细胞间相互接触 细胞分裂和生长停止 数量不再增加 4 如何界定原代培养和传代培养 原代培养 将动物组织消化后的初次培养 传代培养 对贴满瓶壁的细胞用胰蛋白酶处理 然后再分瓶继续培养 动物组织块 细胞悬液 原代培养 传代培养 胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞 幼龄动物的器官组织 动物胚胎 动物细胞培养过程 细胞贴壁接触抑制 原代培养传代培养 加入培养液 用胰蛋白酶等处理贴壁细胞 适宜条件 不死性细胞 多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中 根据你所学的内环境的
6、知识 思考以下问题 1 体外培养细胞时需要提供哪些物质 2 体外培养的细胞需要什么样的环境条件 P46讨论 充足营养 糖 氨基酸 促生长因子 无机盐 微量元素等合成成分及血清 血浆等天然成分 适宜温度 PH和气体环境 无菌无毒环境 无菌无毒环境 充足营养 血清或血浆 适宜温度 PH 气体环境 4 体外培养动物细胞需要物质和环境条件 无菌 无毒的环境 对培养液 培养用具进行无菌处理 在培养液中加抗生素 定期更换培养液 充的营足养葡萄糖 氨基酸 促生长因子 无机盐 微量元素 血浆或血清 为什么要加血清呢 温度和PH36 5 0 5 PH 7 2 7 4 气体环境 O2和CO2C02的主要作用是维持
7、培养液的PH 含95 空气加5 CO2混合气体 1 大规模的生产生物制品 2 作为基因工程的受体细胞 3 检测判断物质的毒性 4 用于生理 病理 药理等方面的研究 三 动物细胞培养技术的应用 5 培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植 1 大规模的生产生物制品 2 培养的动物细胞作为基因工程的受体细胞 3 检测判断物质的毒性 4 培养正常或各种病变的细胞 用于生理 病理 药理等方面的研究 如用于等 为及其他疾病提供理论依据 三 动物细胞培养技术的应用 筛选抗癌药物 治疗和预防癌症 五 动物细胞培养技术的应用 3 细胞的生理 药理 病理研究 1 培养健康细胞用于烧伤病人皮肤移植 2 基因工程的受体细胞
8、 植物组织培养和动物细胞培养的比较 全能性 增殖 蔗糖 动物血清 细胞株 细胞系 细胞 或细胞分泌蛋白 植物组织培养和动物细胞培养的比较 前景展望 资料一 培养的动物细胞可以用于检测有毒物质 许多致畸 致癌物质加入培养液后 培养细胞会发生染色体结构和数目的变异 根据变异细胞占全部培养细胞的百分数 可以判断某种物质的毒性 现在动物细胞培养已经成为检测有毒物质的快速而灵敏的有效手段 资料二 人工关节 软骨再生 1 第一次手术 从病人关节软骨中未受力的部分 取出一片约为葡萄干大小的健康软骨组织 2 分离软骨细胞并经三星期的体外培养 使细胞数增加约10 20倍 3 第二次手术 清理软骨受损的部分 从下
9、方骨头部位取出一片约与伤口大小相同的骨膜 缝在伤口上方 再将软骨细胞注射到骨膜下方 资料三 结果 经过复健一年后即可恢复正常的生活 二 动物细胞核移植技术和克隆动物 将动物的一个细胞核 移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中 使其重组并发育成为一个新的胚胎 这个新的胚胎最终发育为动物个体 克隆动物 1 动物细胞核移植概念 难度高 克隆动物 用核移植的方法得到的动物 二 体细胞核移植的过程 请看教材P48图2 21 思考 1 核移植的受体细胞是什么 处在什么时期 用此细胞作为受体细胞有什么好处 2 通过什么手段激活受体细胞 构建重组胚胎 M 中期卵母细胞 诱导方法 物理或化学方法激活受体细胞 完成细
10、胞分裂和发育进程 卵母细胞体积大 便于操作 含有营养物质丰富 提供早期胚胎发育所需的营养 含有激活细胞核体现全能性的物质 胚胎移植 体细胞核移植过程 体细胞克隆动物 在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前 为什么必须先去掉受体卵母细胞的核 为使核移植动物的遗传物质全部来自有利用价值的动物提供的细胞 用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞 为什么 10代以内的细胞一般保持正常二倍体的核型 未发生突变 思考题 3 体细胞核移植方法生产的克隆动物是对体细胞供体动物进行了100 的复制吗 为什么 不是 克隆动物绝大部分DNA来自供体细胞核 但核外还有少部分DNA 如线粒体DNA 来自受体卵
11、母细胞 思考题 1996年 英国人IanWilmut成功获得体细胞克隆羊 多利 这是世界上第一例利用成年体细胞核获得的克隆动物 277次乳腺细胞核移植实验 获得29个发育为8细胞的 胚 13头代孕母亲 1996年7月5日 羊羔6LL3 被命名为 多莉 多莉羊的培育过程 3 体细胞核移植技术的应用前景 1 加速家畜遗传改良的进程 2 保护濒危物种 3 生产医用蛋白质及组织器官的移植 4 了解胚胎发育和衰老过程 5 追踪研究疾病的发展过程和治疗疾病 4 体细胞核移植技术存在的问题P50 1 成功率非常低 2 克隆动物存在健康问题 表现出遗传和生理缺陷 3 食品的安全性问题存在争议 思考与探究 1
12、幼龄与老龄动物的组织细胞比较 分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较 哪一种更易于培养 思考一下 这是什么道理 细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系 细胞的增殖能力与供体的年龄有关 幼龄动物细胞增殖能力强 有丝分裂旺盛 老龄动物则相反 所以 一般来说幼年动物的组织细胞比老年动物的组织细胞易于培养 同样 组织细胞的分化程度越低 则增殖能力越强 所以更容易培养 思考与探究 2 动物细胞培养要经过脱分化的过程吗 为什么 动物细胞培养不需经过脱分化过程 因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要想使培养的动物细胞定向分化 通常采用定向诱导动物干细胞 使其分化成所需要的组织或器官
13、 3 1997年 美国威斯康星州的一个奶牛场有一头名叫卢辛达 Lucinda 的奶牛 年产奶量为30 8t 创造了世界奶牛产奶量最高新纪录 目前世界各国高产奶牛场奶牛 年平均产奶量一般为十几吨 而我国奶牛产奶量年平均水平仅为3 4t 1 能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗 请说明理由 可以 卢辛达的产奶量很高 有高产奶的遗传基础 利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛 其克隆牛具有高产的遗传基础 如果精心培育和饲养 有可能在世界范围内推广 克隆牛再与高产的公牛自然繁殖 可得到很多高产的后代 从而加快奶牛改良进程 2 如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你 你将如何对它
14、进行克隆 从卢辛达耳朵 也可用别的组织 器官 耳朵在活体上容易取 上剪取一小块组织 在体外培养获得该组织 如软骨组织 的细胞 从屠宰场取废弃的牛卵巢 抽取卵母细胞体外培养成熟 用显微针去除卵母细胞的核 再将耳细胞注入卵母细胞 用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合 这时供体核就进入了受体卵母细胞 再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞 使其完成细胞分裂和发育过程 核移植胚胎在体外短时间培养后 挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内 4 体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题 请你查阅资料 了解这方面的前沿动态 研究方面 克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚 克隆技术效率
15、低 克隆动物畸形率高 死亡率高 易出现早衰等问题 这些问题尚在研究中 应用上 生产克隆动物费用昂贵 距大规模应用还有一定距离 2 在动物细胞培养过程中遗传物质发生改变的细胞是 A 获得不死性的细胞B 10代以内细胞C 原代细胞D 传代细胞 1 动物细胞工程技术的基础是 A 动物细胞融合B 单克隆抗体C 胚胎移植D 动物细胞培养 A D 课堂反馈 在动物细胞培养的有关叙述中正确的是 A 动物细胞培养的目的只是为了获得大量的细胞分泌蛋白B 动物细胞培养前要用胰蛋白酶使细胞分散C 细胞的癌变发生在原代培养向传代培养的过渡过程中D 培养至50代后传代细胞遗传物质没有发生改变 B 4 一般说来 动物细胞
16、体外培养需要满足以下条件 无毒的环境 无菌的环境 培养基需要加入血清 温度与动物体温相似 需要O2 不需要CO2 CO2能调节培养液PH A B C D D 5 动物细胞培养的特点 细胞贴壁 有丝分裂 细胞分化 接触抑制 减数分裂 原代培养一般传1 10代A B C D A 6 下图是动物细胞培养的基本过程示意图 请据此回答 1 容器A中放置的是动物器官或组织 它一般取自 2 容器A中的动物器官或组织首先要进行的处理是 然后用酶处理 这是为了使细胞分散开来 这样做的目的是 动物胚胎或幼龄动物 剪碎 胰蛋白 使细胞与培养液充分接触 便于培养 3 培养首先在B瓶中进行 瓶中的培养基成分有 等 在此瓶中培养一段时间后 有许多细胞衰老死亡 这是培养到第代 到这时的培养称为 4 为了把B瓶中的细胞分装到C瓶中 用处理 然后配置成 再分装 动物血清 10 原代培养 胰蛋白酶 细胞悬浮液 知识拓展 2 为什么动物细胞要分散成单个细胞培养 用酶消化的是什么物质 细胞原代培养时可以分散成单个细胞培养 也可以用细胞群 团 组织块培养 经传代培养后 最终都为细胞培养 分散成单个细胞 细胞群 团 后容
