第2節(jié)一動物細(xì)胞培養(yǎng)第2章

細(xì)胞工程生物課堂導(dǎo)入通過動物細(xì)胞培養(yǎng)構(gòu)建人造皮膚大面積燒燙傷自體皮膚移植最佳治療策略矛盾自體健康皮膚非常有限上圖為人體血漿成分列表，請結(jié)合已經(jīng)學(xué)習(xí)過的內(nèi)環(huán)境成分和理化性質(zhì)的知識思考：1.怎樣才能獲得大量的自體健康皮膚？2.能否用自體皮膚的單個細(xì)胞培養(yǎng)得到自體健康皮膚？動物細(xì)胞培養(yǎng)是指從動物體中取出相關(guān)的組織，將它分散成單個細(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)。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過分析內(nèi)環(huán)境的成分和理化性質(zhì)，類比闡明動物細(xì)胞體外培養(yǎng)需要的條件。2.通過構(gòu)建動物細(xì)胞培養(yǎng)過程流程圖，認(rèn)同其是動物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)。3.分析干細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用，理性分析其效益與風(fēng)險，增強(qiáng)社會責(zé)任感。探究一、類比內(nèi)環(huán)境成分及理化性質(zhì)，分析動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件類比項目內(nèi)環(huán)境動物細(xì)胞培養(yǎng)條件營養(yǎng)條件水，無機(jī)鹽，葡萄糖、氨基酸核苷酸等有機(jī)小分子，蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等有機(jī)物，促進(jìn)生長的必要激素類物質(zhì)等。(1)體外培養(yǎng)動物細(xì)胞需要哪些條件?(2)為什么體外培養(yǎng)動物細(xì)胞時通常要在培養(yǎng)液中添加血清?(3)為什么培養(yǎng)液需要定期更換?如何防止培養(yǎng)過程中的微生物污染?(4)如何保證無菌、無毒的環(huán)境?(5)為什么動物細(xì)胞培養(yǎng)時通常需要將培養(yǎng)瓶置于含有充足O2和適量CO2混合氣體的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)？代謝廢物及有毒有害物質(zhì)處理通過循環(huán)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)排除代謝廢物，通過肝臟等器官處理有毒物質(zhì)，通過免疫系統(tǒng)阻擋和消滅病毒、細(xì)菌等病原體攻擊。溫度、pH和滲透壓溫度為37℃左右、pH為7.35~7.45，滲透壓約為770kPa。通過各器官系統(tǒng)協(xié)調(diào)維持這一范圍。氧氣和二氧化碳由呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)提供氧氣并排出二氧化碳。請結(jié)合下表人體內(nèi)環(huán)境的各項指標(biāo)，對比思考完成學(xué)案探究一第2題探究一、類比內(nèi)環(huán)境成分及理化性質(zhì)，分析動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件適宜的營養(yǎng)：糖類、氨基酸、無機(jī)鹽、維生素、血清等營養(yǎng)條件無菌、無毒的環(huán)境適宜的溫度（36-37℃）、pH（7.2-7.4）和滲透壓適宜的氣體環(huán)境：充足O2和和適量CO2探究一、類比內(nèi)環(huán)境成分及理化性質(zhì)，分析動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件適宜的營養(yǎng)：糖類、氨基酸、無機(jī)鹽、維生素、血清等營養(yǎng)條件血清中含有細(xì)胞所需的，人們尚未全部研究清楚的，細(xì)胞生長和增殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)，因此使用人工配制的合成培養(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）培養(yǎng)細(xì)胞時，通常需要添加一定量的血清等天然成分。無菌、無毒的環(huán)境探究一、類比內(nèi)環(huán)境成分及理化性質(zhì)，分析動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件1.定期更換培養(yǎng)液可以清除細(xì)胞代謝物，防止細(xì)胞代謝物積累對細(xì)胞自身造成危害。2.在細(xì)胞培養(yǎng)液中添加一定量的抗生素可以防止微生物的污染。3.對培養(yǎng)液和所有培養(yǎng)用具進(jìn)行滅菌處理；培養(yǎng)過程需要在無菌環(huán)境下進(jìn)行操作。探究一、類比內(nèi)環(huán)境成分及理化性質(zhì)，分析動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件適宜的溫度（36-37℃）、pH（7.2~7.4）和滲透壓1.動物細(xì)胞培養(yǎng)往往需要在恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行，以提供適宜和相對穩(wěn)定的溫度環(huán)境。2.在細(xì)胞培養(yǎng)液配置的最后環(huán)節(jié)往往需要添加必要的緩沖物質(zhì)來維持pH（7.2~7.4）相對穩(wěn)定，同時通過添加氯化鈉和純凈水等來調(diào)節(jié)滲透壓。探究一、類比內(nèi)環(huán)境成分及理化性質(zhì)，分析動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件適宜的氣體環(huán)境：充足O2和和適量CO2動物細(xì)胞培養(yǎng)所需氣體主要有O2和CO2。O2是細(xì)胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養(yǎng)液的pH。在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時，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)。【拓展應(yīng)用】思考：科學(xué)家研制出的人造皮膚為解決大面積燒傷病人的植皮難題提供了有效解決方案。某科研興趣小組的同學(xué)嘗試體外培養(yǎng)人的皮膚細(xì)胞，在培養(yǎng)過程中，該興趣小組將已知的皮膚細(xì)胞需要的營養(yǎng)物質(zhì)按種類和所需量配制成培養(yǎng)液，用該培養(yǎng)液在適宜環(huán)境下培養(yǎng)皮膚細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)，皮膚細(xì)胞生長和增殖情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如預(yù)期。請結(jié)合所學(xué)知識幫助該興趣小組分析可能原因。（至少回答兩個方面）探究一、類比內(nèi)環(huán)境成分及理化性質(zhì)，分析動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件根據(jù)培養(yǎng)基的配過程可以得出，培養(yǎng)效果不理想的原因可能有以下幾方面：一是培養(yǎng)液中未添加血清等天然成分，細(xì)胞生長和增殖缺乏必要的營養(yǎng)物質(zhì)；二是培養(yǎng)基中未添加抗生素等抗菌物質(zhì)，培養(yǎng)過程易被微生物污染；三是培養(yǎng)基配制過程未調(diào)節(jié)pH和滲透壓，細(xì)胞生長受到限制。探究二、建構(gòu)動物細(xì)胞培養(yǎng)的流程圖取動物組織A處理細(xì)胞懸液B

培養(yǎng)轉(zhuǎn)入培養(yǎng)瓶CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)D

培養(yǎng)C處理1.請閱讀教材第44~45頁“動物細(xì)胞培養(yǎng)的過程”內(nèi)容，回答下列問題（1）A處理常用手段是____________________________________________________________________。

（2）C處理常用手段是___________________________________________________________________________________________________。

（3）B、D培養(yǎng)的名稱分別是__________、____________。

用機(jī)械方法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶處理，將組織分散成單個細(xì)胞

用機(jī)械方法或用胰蛋白酶、膠原蛋白酶處理貼壁生長的細(xì)胞，分散成單個細(xì)胞，并用培養(yǎng)液稀釋后分瓶原代培養(yǎng)

傳代培養(yǎng)【思維拓展】請同學(xué)們結(jié)合動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件和過程，以小組為單位討論解決下列問題：1.動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中動物組織往往取自幼齡動物或分化程度低的細(xì)胞，這是為什么？2.為什么要將動物細(xì)胞分散成單個細(xì)胞培養(yǎng)?該過程能否用胃蛋白酶代替胰蛋白酶？3.在用膠原蛋白酶或胰蛋白酶處理動物組織塊和貼壁細(xì)胞時一定要控制好處理時間，原因是什么？4.動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中為什么要定期分瓶處理？5.請在上圖基礎(chǔ)上結(jié)合上述問題答案構(gòu)建動物細(xì)胞培養(yǎng)流程圖。探究二、建構(gòu)動物細(xì)胞培養(yǎng)的流程圖【思維拓展】1.動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中動物組織往往取自幼齡動物或分化程度低的細(xì)胞，這是為什么？2.為什么要將動物細(xì)胞分散成單個細(xì)胞培養(yǎng)?該過程能否用胃蛋白酶代替胰蛋白酶？細(xì)胞的增殖能力與供體的年齡有關(guān)，幼齡動物的細(xì)胞增殖能力強(qiáng)，有絲分裂旺盛，老齡動物的細(xì)胞則相反。同樣，分化程度越低的細(xì)胞，增殖能力越強(qiáng)。所以，一般來說，選取幼齡動物的細(xì)胞和分化程度低的細(xì)胞更容易培養(yǎng)。在從動物體取出的成塊組織塊中，細(xì)胞與細(xì)胞靠在一起，彼此限制了生長和增殖。因此，在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時，首先要將動物組織塊分散成單個細(xì)胞。由于動物細(xì)胞培養(yǎng)的最適pH為7.2~7.4，在該pH范圍內(nèi)胃蛋白酶沒有活性，而胰蛋白酶的活性較高，所以不能用胃蛋白酶代替胰蛋白酶來處理動物組織。探究二、建構(gòu)動物細(xì)胞培養(yǎng)的流程圖【思維拓展】3.在用膠原蛋白酶或胰蛋白酶處理動物組織塊和貼壁細(xì)胞時一定要控制好處理時間，原因是什么？4.動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中為什么要定期分瓶處理？動物組織間隙和細(xì)胞膜上均存在大量蛋白質(zhì)，因此用膠原蛋白酶或胰蛋白酶處理動物組織塊和貼壁細(xì)胞時，一定要控制好處理時間，防止時間過長酶破壞細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。體外培養(yǎng)的動物細(xì)胞少數(shù)種類能夠懸浮在培養(yǎng)液中生長增殖，隨著培養(yǎng)時間的延長，會因細(xì)胞密度過大、培養(yǎng)液中營養(yǎng)物質(zhì)缺乏和有害代謝物積累等因素而分裂受阻；大多數(shù)細(xì)胞則存在細(xì)胞貼壁生長現(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，即發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象。因此兩類細(xì)胞在培養(yǎng)到一定程度時就需要對細(xì)胞進(jìn)行分瓶培養(yǎng)，讓細(xì)胞繼續(xù)增殖。探究二、建構(gòu)動物細(xì)胞培養(yǎng)的流程圖【思維拓展】5.請在上圖基礎(chǔ)上結(jié)合上述問題答案構(gòu)建動物細(xì)胞培養(yǎng)流程圖。細(xì)胞懸液加培養(yǎng)液原代

培養(yǎng)傳代培養(yǎng)動物組織塊機(jī)械法或酶解法處理單個細(xì)胞分瓶處理懸浮生長接觸抑制問題原因密度過大、有害代謝廢物積累、營養(yǎng)物質(zhì)缺乏貼壁生長原因解決探究二、建構(gòu)動物細(xì)胞培養(yǎng)的流程圖動物細(xì)胞培養(yǎng)干擾素的生產(chǎn)疫苗的制備藥理研究動物體細(xì)胞核移植單克隆抗體的制備干細(xì)胞培養(yǎng)動物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)閱讀教材第46~47頁“干細(xì)胞培養(yǎng)及應(yīng)用”部分，思考并回答下列問題。1.什么是干細(xì)胞？它有哪些類型？這些類型的干細(xì)胞各有怎樣的特點(diǎn)和哪些方面的應(yīng)用？2.科學(xué)家是怎樣獲得iPS細(xì)胞的？這種細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞相比，有哪些應(yīng)用優(yōu)勢？3.干細(xì)胞應(yīng)用于臨床治療可能存在什么問題？探究三、分析干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用前景1.什么是干細(xì)胞？它有哪些類型？這些類型的干細(xì)胞各有怎樣的特點(diǎn)和哪些方面的應(yīng)用？概念：動物和人體內(nèi)保留的具有分裂和分化能力的細(xì)胞。類型：包括胚胎干細(xì)胞、成體干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）等。干細(xì)胞特點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域胚胎干細(xì)胞只存在于早期胚胎中，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(jī)體的所有組織和器官甚至個體的潛能因必須從胚胎中獲取，涉及倫理問題；限制了其在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用成體干細(xì)胞存在于成體組織或器官內(nèi)，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有著自我更新能力及分化潛能的干細(xì)胞，與組織、器官的發(fā)育、再生和修復(fù)等密切相關(guān)iPS細(xì)胞誘導(dǎo)過程無須破壞胚胎；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)定向誘導(dǎo)分化為多種體細(xì)胞，用iPS細(xì)胞治療阿爾茨海默病、心血管疾病等領(lǐng)域的研究取得了新進(jìn)展探究三、分析干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用前景2.科學(xué)家是怎樣獲得iPS細(xì)胞的？這種細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞相比，有哪些應(yīng)用優(yōu)勢？3.干細(xì)胞應(yīng)用于臨床治療可能存在什么問題？通過在培養(yǎng)基中添加特定的誘導(dǎo)因子，使體外培養(yǎng)的成熟體細(xì)胞（如成纖維細(xì)胞）發(fā)生特定轉(zhuǎn)化，即可形成類似胚胎干細(xì)胞的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS細(xì)胞）。iPS細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞相比應(yīng)用優(yōu)勢主要有兩方面：①誘導(dǎo)過程無須破壞胚胎；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)。截止到現(xiàn)在，干細(xì)胞應(yīng)用于臨床治療還面臨著一些問題，如存在導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的風(fēng)險。探究三、分析干細(xì)胞培養(yǎng)及其應(yīng)用前景【拓展應(yīng)用】(不定項)有一種“生物活性繃帶”，其原理是先采集一些細(xì)胞標(biāo)本，再讓其在特殊膜上增殖，5～7d后，將膜片敷到患者傷口上，膜片會將細(xì)胞逐漸釋放到傷口處，并促進(jìn)新生皮膚層生長，達(dá)到愈合傷口的目的。下列有關(guān)敘述正確的是（）A．這種“生物活性繃帶”的生產(chǎn)應(yīng)用了動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)B．種植在膜片上的細(xì)胞樣本最好選擇患者本人的干細(xì)胞C．膜片“釋放”的細(xì)胞能與患者自身皮膚愈合，與兩者細(xì)胞膜的信息交流有關(guān)D．若敷用異體細(xì)胞標(biāo)本制成的膜片，則會導(dǎo)致免疫排斥反應(yīng)，主要是因為抗體對移植的皮膚細(xì)胞有殺傷作用在異體器官移