2022-2023 学年 苏教版 选择性必修三 动物细胞融合技术和干细胞技术 教案

第2课时动物细胞融合技术和干细胞技术课程内容标准核心素养对接(1)阐明动物细胞融合是指通过物理、化学或生物学等手段，使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。(2)概述单克隆抗体的制备过程。(3)简述干细胞在生物医学工程中有广泛的应用价值。(1)科学思维——列表比较动物细胞融合与植物体细胞杂交。(2)科学思维——构建单克隆抗体制备的流程图。(3)社会责任——认同单克隆抗体、干细胞技术的应用价值。知识点1动物细胞融合技术及其应用1.动物细胞融合技术2.动物细胞融合技术的应用——制备单克隆抗体(2)单克隆抗体的制备过程(3)单克隆抗体的应用知识点2干细胞技术及其应用(1)细胞融合体现了细胞质膜的流动性。(√)(2)通过诱导只能使同物种细胞发生融合，而不能使不同物种的细胞之间发生融合。(×)(3)二倍体动物细胞融合后的杂种细胞仍然是二倍体细胞。(×)(4)浆细胞与骨髓瘤细胞融合后需要进行筛选。(√)(5)不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同。(×)(6)干细胞技术可应用于疾病治疗、新药研制和开发。(√)eq\x(教材P67“跨学科视角”)1.聚乙二醇分子因能改变细胞质膜的结构，而被广泛地作为促进细胞融合的化学试剂用于促进形成杂种细胞。从化学视角看，为什么聚乙二醇分子能改变细胞质膜的结构？提示聚乙二醇可溶于水，在液相介质中，其分子表面的某些化学键带有微弱的负电荷，在Ca2＋的参与下，可将带正电的表面蛋白或带负电荷的糖蛋白通过Ca2＋桥相连，从而使细胞发生聚集、融合。eq\x(教材P67“旁栏思考题”)2.哺乳动物的浆细胞是体液免疫中的重要效应细胞。你能说出浆细胞在体液免疫中的作用吗？提示浆细胞具有合成、贮存并分泌抗体的功能，当一种抗原进入机体后，首先会在浆细胞的细胞质中出现相应的抗体。eq\x(教材P70“旁栏思考题”)3.如果确定某人因为其胰岛中的B细胞功能丧失，不能分泌胰岛素而患糖尿病。你能设计出采用干细胞技术治疗这种糖尿病的方案吗？提示取患者的体细胞通过体细胞核移植技术获得早期胚胎，从早期胚胎内细胞团分离出胚胎干细胞，在体外培养环境中给予一定的诱导条件，使其定向分化为胰岛B细胞，然后对患者进行自体移植。或者取患者的体细胞进行体外培养，采用一定的手段诱导为诱导多能干细胞，然后再诱导定向分化为胰岛B细胞进行自体移植。探究点一动物细胞融合技术及其应用人绒毛膜促性腺激素(HCG)是女性怀孕后胎盘滋养层细胞分泌的一种糖蛋白，制备抗HCG单克隆抗体可用于怀孕的初步诊断。下图为该单克隆抗体的制备过程，分析回答下列问题：(1)图中给小鼠注射的特定抗原蛋白是什么？目的是什么？提示给小鼠注射的特定抗原蛋白是人绒毛膜促性腺激素(HCG)。目的是使小鼠体内出现能够分泌抗HCG抗体的浆细胞。(2)诱导融合的具体方法有病毒诱导融合法、聚乙二醇诱导融合法、电场诱导融合法。在各种方法的促融合作用下，细胞质膜出现粘连、破裂和融合，进而发生细胞质融合和细胞核融合，最终形成杂种细胞。(3)诱导融合后培养基中的细胞类型有哪些(只考虑细胞两两融合)？为什么会有这些细胞类型？提示浆细胞、骨髓瘤细胞、浆细胞—浆细胞、浆细胞—骨髓瘤细胞、骨髓瘤细胞—骨髓瘤细胞。因细胞融合成功率不是100%，且细胞融合是随机的。(4)(多选)上图第一次筛选利用的一种特殊的选择培养基——加入H、A、T三种物质的“HAT培养基”，其筛选原理是：核苷酸合成有两个途径，物质A可以阻断其中的全合成途径(如图)，正常细胞内含有补救合成途径所必需的转化酶和激酶，制备单克隆抗体时选用的骨髓瘤细胞中缺乏转化酶。下列有关叙述不正确的是()A.浆细胞及其互相融合细胞因全合成途径被A阻断而在HAT培养基上不能增殖B.骨髓瘤细胞及其互相融合细胞因无法进行上述两个途径而在HAT培养基上不能增殖C.杂交细胞因为可以进行上述两个途径所以能在HAT培养基上大量增殖D.在HAT培养基上筛选出的所有杂交细胞既能大量增殖又能产生高纯度的目标抗体提示ACD(5)通过第一次筛选出来的浆—骨髓杂交细胞一定能产生HCG抗体吗？为什么？提示不一定。虽然起初给小鼠体内注射了HCG抗原蛋白，但小鼠体内还存在众多的抗原，所以从小鼠体内分离得到的浆细胞有多种，利用HAT培养基第一次筛选得到的杂交细胞有多种。(6)第二次筛选用的是多孔细胞培养板(如图)，每一个小孔中只接种一个杂交细胞，然后滴加HCG抗原蛋白进行抗体检测，有阳性反应的小孔中的细胞即是能分泌抗HCG抗体的杂交细胞。然后再进行体内或体外培养以分离提取抗HCG单克隆抗体。1.动物细胞融合与植物体细胞杂交的比较比较项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理细胞质膜的流动性、细胞的全能性细胞质膜的流动性步骤酶解法去掉细胞壁后，诱导原生质体融合，形成杂种细胞，再经植物组织培养形成杂种植株分散成单个细胞后诱导细胞融合，形成杂种细胞方法化学融合法(聚乙二醇法)、物理融合法(电融合法)生物方法(病毒诱导融合法)、化学方法(聚乙二醇诱导融合法)、物理方法(电场诱导融合法)结果形成杂种植株形成杂种细胞，以生产细胞产品意义打破生殖隔离，实现远缘杂交育种突破有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能2.单克隆抗体制备过程中的两次筛选的比较比较项目第一次筛选第二次筛选筛选原因诱导融合后得到多种融合细胞，还有未融合的细胞等由于小鼠在生活中还受到其他抗原的刺激，所以经选择培养获得的杂交细胞中有能产生其他抗体的细胞筛选目的筛选出杂交细胞筛选出能分泌特定抗体的杂交细胞筛选方法用特定的选择培养基筛选：未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂交细胞才能生长用多孔细胞培养板培养，在每一个孔中尽量只接种一个杂交细胞的情况下进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选得到足够数量的能分泌特定抗体的杂交细胞[例1](多选)如图为动物细胞融合技术过程图，相关叙述正确的是()A.图中C为灭活的病毒，此外还可用物理或化学方法诱导动物细胞融合B.图中①过程发生了细胞质膜的融合，体现了细胞质膜的流动性C.图中②过程表示细胞核融合形成杂种细胞D.动物细胞融合技术可用于制备单克隆抗体答案ABCD解析图中C为灭活的病毒(生物方法)，此外还可用物理(如电场诱导)或化学方法(如PEG)诱导融合，A正确；图中①过程发生了细胞质膜的融合，体现了细胞质膜的流动性，B正确；结合图示可知，图中②过程表示通过细胞核融合产生杂种细胞，C正确；利用动物细胞融合技术将小鼠骨髓瘤细胞和浆细胞融合为杂交细胞，能够生产单克隆抗体，D正确。[例2]下列有关单克隆抗体制备过程的叙述错误的是()A.过程①注射一种灭活病毒可使小鼠体内产生浆细胞B.过程②形成的两两融合细胞只有图中所示的类型C.过程③采用抗原—抗体反应进行特定杂交细胞的筛选D.过程④获得的全部杂交细胞都只能产生同一种抗体答案B解析灭活的病毒可作为抗原引起小鼠体内产生免疫反应，产生浆细胞，A正确；过程②形成的两两融合细胞包括同种细胞融合和异种细胞融合，即过程②还可以形成浆细胞与浆细胞、瘤细胞与瘤细胞间的融合细胞，B错误；可借助抗原—抗体间特异性结合反应进行特定杂交细胞的筛选，筛选出能产生特定抗体的杂交细胞，C正确；经过过程③筛选获得特定的杂交细胞，再经过④克隆获得的全部杂交细胞都只能产生同一种抗体，D正确。探究点二干细胞技术及其应用下图为哺乳动物的胚胎干细胞及其分化的示意图。请据图回答下列问题：(1)图中胚胎干细胞、造血干细胞和成肌细胞，从分化潜能上来说，分别属于什么细胞？提示胚胎干细胞属于全能干细胞，造血干细胞属于多能干细胞，成肌细胞属于单能干细胞。(2)由胚胎干细胞分化形成图示各种细胞的根本原因是什么？图示细胞所含遗传物质相同吗？提示由胚胎干细胞分化形成图示各种细胞的根本原因是基因的选择性表达；图示各细胞所含的遗传物质相同。(3)胚胎干细胞用于治疗人类的某些顽症的原理是什么？提示胚胎干细胞具有全能性，可以被诱导分化形成新的细胞、组织或器官，经移植可使坏死或退化部位得以修复并恢复正常功能。(4)胚胎干细胞为什么可以解决供体器官不足的问题？其应用有什么限制因素？提示通过胚胎干细胞体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，从而解决供体器官不足问题。胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了应用。全能干细胞、多能干细胞、单能干细胞的比较[例3]干细胞是一类未参与分化或未完全分化的细胞，分裂能力强。按照其发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞(如造血干细胞、神经干细胞)。下列关于干细胞的说法错误的是()A.胚胎干细胞不具有发育成完整个体的潜能B.胚胎干细胞的分化程度小于造血干细胞C.骨髓移植治疗白血病就是利用了造血干细胞能分化成各种血细胞的能力D.将带有遗传标记的胚胎干细胞植入早期胚胎，通过组织化学染色可追寻胚胎发育中细胞分化和器官形成的规律答案A解析胚胎干细胞具有发育为完整个体的潜能，A错误；胚胎干细胞的分化程度小于造血干细胞，因此其全能性高于造血干细胞，B正确；骨髓移植治疗白血病就是利用了造血干细胞能分化成各种血细胞的能力，C正确；将带有遗传标记的胚胎干细胞植入早期胚胎，通过组织化学染色可追寻胚胎发育中细胞分化和器官形成的规律，D正确。[例4]如图是科学家制备iPS(诱导多能干细胞)细胞的一种方法，可用于治疗镰状细胞贫血。下列叙述错误的是()A.过程①可以取成纤维细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞等B.过程②类似于植物组织培养的脱分化过程C.过程③过程包含细胞分化，遗传物质发生改变D.将iPS技术制备的专用干细胞移植回病人后，不发生免疫排斥答案C解析过程①表示从患者体内取出体细胞，可以是成纤维细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞等，A正确；过程②表示成纤维细胞失去特定的形态，形成iPS细胞，类似于植物组织培养的脱分化过程，B正确；过程③表示iPS细胞增殖分化产生了多种类型的细胞，该过程包含了细胞分化，细胞分化的实质是基因的选择性表达，因此遗传物质没有发生改变，C错误；iPS技术使用患者自己的体细胞通过体外诱导成iPS细胞，所以将iPS细胞增殖分化出的不同细胞移植回病人体内，理论上可以避免免疫排斥反应，D正确。思维导图晨读必背1.动物细胞融合有物理方法(电场诱导融合)、化学方法(PEG诱导融合)和生物方法(病毒诱导融合)。2.单克隆抗体的制备利用了动物细胞培养技术和动物细胞融合技术。3.实验室制备单克隆抗体可通过动物体内培养或体外培养两种途径获得。4.根据发育阶段，干细胞分为胚胎干细胞和成体干细胞；根据分化潜能，干细胞分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。随堂检测1.下表为植物体细胞杂交和动物细胞融合的有关内容比较，你认为有几处错误(注：一个格错误算一处)()项目植物体细胞杂交动物细胞融合原理植物细胞的全能性细胞增殖融合方法物理方法、化学方法物理方法、化学方法、生物方法结果杂种植株大量杂种细胞特殊处理酶解法去除细胞壁胃蛋白酶处理得到单个细胞A.1处 B.2处C.3处 D.4处答案C解析(1)所采用的原理不完全相同，植物体细胞杂交的原理是细胞质膜的流动性和细胞的全能性，而动物细胞融合的原理是细胞质膜的流动性，2处错误；(2)植物体细胞杂交诱导融合的方法有物理法和化学法，动物细胞融合的诱导方法有物理法、化学法和生物法，2处正确；(3)植物体细胞杂交的应用是获得杂种植物，动物细胞融合可以获得杂种细胞，典型应用是单克隆抗体的制备，2处正确；(4)植物体细胞杂交需要用纤维素酶和果胶酶处理细胞壁获得原生质层，而动物细胞培养需要用胰蛋白酶处理获得单个细胞，1处错误。所以共有3处错误。2.利用杂交瘤技术制备针对特定抗原的单克隆抗体过程如图所示。下列叙述正确的是()A.用于融合的浆细胞应从未受抗原刺激的动物中提取B.单克隆抗体制备与植物体细胞杂交技术均依据细胞全能性原理C.筛选2过程需要用到抗体和抗原特异性结合的特性D.选出的杂交细胞只能通过体外培养获得大量单克隆抗体答案C解析用于融合的浆细胞应从受特定抗原刺激的动物体中提取，A错误；单克隆抗体制备是利用细胞质膜的流动性将浆细胞与骨髓瘤细胞融合，形成的杂交细胞具有两种细胞的遗传信息，B错误；为获得能产生特定抗体的杂交细胞，可以通过抗原抗体特异性结合进行筛选，C正确；选出的杂交细胞可通过植入小鼠腹腔中增殖或体外培养获得大量单克隆抗体，D错误。3.(多选)现在有一个婴儿在出生后医院为他保留了脐带血，在以后他生长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其治病，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，则不需要给他使用免疫抑制药物答案CD解析用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病，不需要激发细胞的所有全能性，只需诱导干细胞分化形成相应的组织器官即可，A错误；用脐带血中的干细胞不能治疗这个孩子所有的疾病，如传染性疾病等，B错误；如果要移植用他的干细胞培育出的器官，需要用细胞培养技术，然后发育成器官，C正确；自体器官移植不会发生免疫排斥反应，所以自体移植后不需要用免疫抑制药物，D正确。4.近年来发现，肿瘤组织中可能存在可以自我更新、增殖的肿瘤干细胞，这使得肿瘤一旦无法全切除便易复发。下列关于干细胞的叙述，不正确的是()A.神经干细胞分化成神经细胞体现了干细胞的全能性B.按分化潜能的大小可把干细胞分为全能干细胞、多能干细胞、单能干细