动物细胞工程(第一课时)

动物细胞工程苍山四中高二生物备课组动物细胞工程通常采用的技术手段动物细胞培养动物细胞融合单克隆抗体动物细胞核移植是其他动物细胞工程技术的基础。学习目标•简述动物细胞培养的过程、条件及应用。•简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景。自体皮肤移植对大面积烧伤的病人来说：自体健康皮肤有限，他人皮肤来源不足，且会产生排斥反应。如何才能获得大量的自体健康皮肤？1.动物细胞培养如何进行细胞培养?从动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。1.1概念原理：细胞增殖注意关键词:细胞贴壁接触抑制原代培养传代培养简述动物细胞培养的操作过程分离组织（低幼动物）分散细胞（胰蛋白酶）原代培养（细胞增殖）传代培养（细胞增殖）分装聚焦一、动物细胞培养过程动物细胞生长特点：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。细胞的接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。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。50代以后失去接触抑制接触抑制动物细胞生长特性部分细胞突变，获得不死性，向癌细胞方向发展，糖蛋白减少。资料：为什么贴壁的细胞会接触抑制？细胞膜上有糖类和蛋白质共同构成的糖蛋白,也叫做糖被,他在细胞上起识别作用.当细胞增殖到一定程度,也就是互相挨在一起的时候,糖蛋白识别了这种信息,就会使细胞停止继续繁殖,这种现象就叫做接触抑制.在相同条件下培养的癌细胞，由于没有糖被，对密度依赖性生长抑制失去敏感性，因而不会在形成单层时停止生长，而是相互堆积形成多层生长的聚集体,这种现象也说明恶性细胞的生长和分裂已经失去了控制，调节细胞正常生长和分裂的信号对于恶性细胞不再起作用。•细胞贴壁：培养贴附性细胞时,细胞要能贴附于底物上才能生长繁殖。注：也有一些细胞（如淋巴细胞）能够持续在悬浮状态下生长。•接触抑制：贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞就会停止分裂增殖•原代培养：从机体取出后立即培养的细胞为原代细胞（分装前的细胞培养）。•传代培养：将原代细胞从培养瓶中取出，配制成细胞悬浮液，分装到两个或两个以上的培养瓶中继续培养，称为传代培养。传代培养的三个阶段1、从首次传代到传至10代：容易传代，传代细胞正常的二倍体核型不会改变。核型（染色体组型）：一个细胞内所有染色体的大小、形状和数量特性的汇总。2、细胞传至10-50代左右时：细胞增殖缓慢，以至于完全停止，此时部分细胞的细胞核型可能会发生变化。3、10-50代之后：如果继续传代培养，少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这些细胞已经发生了突变，正在朝着等同于癌细胞的方向发展。思考题：1、为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物细胞培养材料？2、为什么培养前要将组织细胞分散成单个细胞？因为这些组织或器官，分裂能力旺盛，易于培养成块组织使细胞靠在一起限制了细胞的生长和增殖，且细胞不能与培养液充分接触，不利于培养。3、胰蛋白酶的作用是什么呢？由此可说明细胞间的物质是什么成份？催化蛋白质水解。细胞间的物质主要是蛋白质(胶原蛋白、弹性蛋白等)。4、细胞膜的主要成份是什么？蛋白质和磷脂5、胰蛋白酶能将细胞消化掉吗？能6、既然胰蛋白酶能将细胞消化掉，那将动物组织分散成单个细胞要注意什么问题呢？7、能够用胃蛋白酶代替胰蛋白酶吗？为什么？注意时间的控制不能，因为两者的最适PH不同，而正常组织细胞的生存环境与胰蛋白酶的最适PH较接近8、动物细胞培养瓶内表面为何要光滑、无毒？9、培养瓶中的细胞培养到什么时候就不再分裂、增殖？10、如此时细胞数量并未达到人们的需求，应该怎样办？易于培养细胞贴壁，进行生长增殖当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞分裂就会停止分裂增殖，这种现象叫接触抑制。将贴满细胞壁的细胞用胰蛋白酶处理，然后继续增殖。这样的过程叫做传代培养思考题11、如何理解原代培养和传代培养？12、传代培养的细胞能一直传代下去吗？13、有些为何能一直传下去？14、动物细胞培养就是为了得到这些细胞吗？上述过程中，在第一培养瓶中培养就是原代培养，之后转移到其它培养瓶中培养就是传代培养不一定都能发生突变，朝着癌细胞方向发展不全是思考题15、人类一般保存的是哪类细胞呢？为什么？保存10代以内的细胞，因为10－50部分细胞的细胞核型可能发生变化，有少部分还发生突变向癌细胞方向发展思考题16、动物细胞培养能否像绿色植物组织培养那样最终培养成新个体？不能，动物细胞培养只能使细胞数目增多，不能发育成新的动物个体动物胚胎或幼龄动物的组织、器官细胞悬浮液10代细胞50代细胞传代培养无限传代单个细胞加培养液原代培养胰蛋白酶剪碎细胞株细胞系遗传物质未改变遗传物质已改变细胞株：原代细胞一般传至10代左右细胞生长停滞，大部分细胞衰老死亡，少数细胞存活到40~50代，这种传代细胞为细胞株。细胞系：细胞株传代至50代后又出现细胞生长停滞状态，只有部分细胞由于遗传物质的改变，使其在培养条件下可以无限制传代，这种传代细胞为细胞系。细胞株和细胞系的区别：细胞系的遗传物质改变，具有癌细胞的特点，失去接触抑制，容易传代培养。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知识，思考并讨论以下问题：讨论1.体外培养细胞时需要提供哪些条件2.体外培养的细胞需要什么样的环境条件？充足的营养供给、适宜的温度、适宜的pH和气体环境无菌、无毒的环境。1、无菌、无毒的环境（添加一定量的抗生素，定期更换培养液）2、营养（葡萄糖、氨基酸、无机盐、微量元素、动物血清、血浆等。）3、温度和PH36.5+0.5度；PH为7.2-7.4。4、气体环境：O2和CO2（95%空气和5%CO2）补充合成培养基中缺乏的物质？细胞的全能性细胞株、细胞系植物体或组织培养结果获得细胞或细胞分泌蛋白快速繁殖、培育无病毒植株等培养目的葡萄糖、动物血清蔗糖、植物激素培养基特有成分液体培养基固体培养基培养基性质细胞增殖原理动物细胞培养植物组织培养比较项目•大规模培养生产生物制品（病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体）•培养作为基因工程中的受体细胞•培养的动物细胞可以用于检测有毒物质，判断某种物质的毒性•为治疗和预防癌症及其他疾病提供理论依据应用：二、动物细胞核移植技术和克隆动物问题1我们能否利用类似植物组织培养获得完整植物体的方法培养动物细胞，使其发育成一个完整的个体？不能，高度分化的植物细胞仍保持着全能性，而动物细胞的全能性会随细胞分化程度的提高逐渐受到限制，分化潜能逐渐变弱。全能性高低：植物细胞＞动物细胞动物细胞特点？•分化潜能变窄：随着细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，分化潜能变窄，这是指整体细胞而言。•细胞核仍具有全能性：细胞核，它含有保持物种遗传性所需的全套基因，而且并没有因细胞分化而丢失基因，因此高度分化细胞的细胞核仍具有全能性根据动物细胞核仍具有全能性的特点,怎样将动物细胞的全能性表达?利用动物体细胞核移植技术（一）概念动物细胞核移植技术是将动物的一个细胞的细胞核，移入到一个已经中，使其重组并发育成一个新的胚胎，该胚胎最终发育成完整的动物个体。利用核移植技术得到的动物称为去掉细胞核的卵母细胞克隆动物。（二）哺乳动物核移植的类型1.胚胎细胞核移植2.体细胞核移植细胞分化程度低，恢复全能性细胞分化程度高，恢复全能性容易困难请看教材P48图2-21思考：1.核移植的受体细胞是什么？处在什么时期？2.通过什么手段激活受体细胞，构建重组胚胎？MⅡ中期卵母细胞诱导方法：物理或化学方法激活受体细胞，完成细胞分裂和发育进程。（三）体细胞核移植的过程（以高产奶牛为例）（三）体细胞核移植的过程（以高产奶牛为例）体细胞培养取出核甲牛乙牛MⅡ卵母细胞去除核去核卵母细胞重组卵细胞核植入卵裂早期胚胎代孕母牛丙移植体细胞群克隆牛细胞核移植胚胎移植物理或化学方法激活显微操作法无性生殖供体细胞（供核）细胞培养体细胞卵巢卵母细胞（MⅡ中期：供质）去核无核卵母细胞注入细胞融合重组细胞构建重组胚胎胚胎移植代孕母体生出与供体奶牛遗传基础相同的犊牛归纳:1.两阶段：核移植和胚胎移植2.取卵细胞作受体细胞的原因是:细胞体积大,易操作,它发育可直接表达性状3.严格来说新个体有卵母细胞的细胞质所以有两个亲本的性状问题2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？为使核移植的胚胎或动物的遗传物质来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将受体细胞核去掉或将其破坏。问题3用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，这是为什么？培养的动物细胞一般当传代至10～50代左右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞遗传物质也可能会发生突变，而10代以内的细胞一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基础，通常采用传代10代以内的细胞。问题4利用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？克隆动物DNA主要来自于供体细胞核，但其核外还有少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵母细胞。所以用体细胞核移植方法克隆的动物并不是供核动物完全相同的复制。（四）体细胞核移植技术的应用前景1.加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育；2.保护濒危物种；3.克隆转基因动物，生产医用蛋白；4.作为异种移植的供体，5.人的核移植胚胎干细胞经诱导分化，形成相应的组织、器官后，可用于组织器官的移植。（五）、体细胞核移植技术存在的问题1、克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚。2、克隆技术效率低，畸形率高、死亡率高、易出现早衰等问题。3、生产克隆动物费用昂贵。