第2节第1课时动物细胞培养

第2节

动物细胞工程第1课时动物细胞培养学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.阐明动物细胞培养的条件。2.阐明动物细胞培养的过程和特点。3.简述干细胞在生物医学工程中广泛的应用价值。1.动物细胞培养的培养基为液体培养基，含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素等成分，还要加入血清等天然成分。2.培养动物细胞的CO2培养箱中含有95%的空气和5%的CO2。3.原代培养和传代培养均需用胰蛋白酶处理使其分散成单个细胞。4.培养的动物细胞有细胞贴壁和接触抑制现象。[主干知识梳理]一、动物细胞培养的概念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

，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和

的技术。二、动物细胞培养的条件单个细胞增殖无菌、无毒培养液和

灭菌处理；

环境下进行操作；更换

，清除代谢物营养物质糖类、

、

、维生素等；

：补充培养液中尚未研究清楚的成分温度和pH温度：哺乳动物多以

℃为宜；pH：__________气体环境

：细胞代谢所必需的；CO2：维持培养液的______培养用具无菌培养液氨基酸无机盐血清36.5±0.57.2～7.4O2pH三、动物细胞培养的过程1．悬浮生长：细胞悬浮在培养液中生长增殖。由于密度过大、

积累和培养液中

等因素细胞分裂受阻。2．细胞贴壁：多数细胞贴附在培养瓶

上生长。有害代谢物营养物质缺乏瓶壁3．接触抑制：当贴壁细胞分裂生长到表面__________时，细胞_____________的现象称为细胞的接触抑制。4．原代培养：指动物组织经处理后的

。5．传代培养：分瓶后的细胞培养。传代培养时，悬浮培养的细胞直接用____法收集；贴壁细胞需要重新用

等处理，使之分散成单个细胞，然后再用

法收集。相互接触停止分裂增殖初次培养离心胰蛋白酶离心四、干细胞的培养及其应用特点在一定条件下，可以分化成_______________存在

、

和

等多种组织和器官中分类胚胎干细胞(ES细胞)、成体干细胞、诱导多能干细胞(iPS细胞)应用干细胞移植用于治疗多种疾病，干细胞用于再生医学、药物安全性与有效性检测等其他类型的细胞早期胚胎骨髓脐带血[边角知识发掘]1．(教材第45页图2­12拓展训练)完善有关动物细胞培养示意图：2．阅读教材第46页“相关信息”思考下列问题：(1)科学家已尝试采用多种方法来制备iPS细胞，尝试说出几种获取iPS细胞方法？提示：科学家尝试多种方法制备iPS细胞，包括借助载体将特定基因导入细胞中，直接将特定蛋白导入细胞中或者用小分子化合物等来诱导形成iPS细胞。iPS细胞最初是由成纤维细胞转化而来的，后来发现已分化的T细胞、B细胞等也能被诱导为iPS细胞。(2)为什么说iPS细胞的应用前景要优于ES细胞？提示：因为ES细胞必须从胚胎中获取，涉及伦理问题，因而限制了在医学上的应用。iPS细胞的诱导过程无须破坏胚胎，而且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，所以科学家普遍认为iPS细胞的应用前景要优于ES细胞。[教材问题提示](一)旁栏思考题(教材第44页)用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。胃蛋白酶作用的适宜pH约为2，当pH大于6时，胃蛋白酶就会失去活性。多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，所以用胃蛋白酶不行。(二)思考·讨论(教材第45页)1．细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物的细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物的细胞则相反。所以，一般来说，幼龄动物的细胞比老龄动物的细胞易于培养。同样，分化程度越低的细胞，增殖能力越强，所以更容易培养。2．可以从培养的原理，所需的营养条件、环境条件以及培养的过程等方面进行分析比较(可见本课时的“科学思维”)。2．为什么动物细胞培养中有贴壁生长的特性？提示：动物细胞膜上有糖蛋白使细胞具有黏着性。3．根据癌细胞的特点，思考一下培养的癌细胞有没有接触抑制现象。提示：癌细胞细胞膜上糖蛋白减少，细胞的黏着性降低，在适宜的条件下可以无限增殖，因此培养的癌细胞无接触抑制现象，在培养瓶中能够生长成多层。[师说重难]

一、动物细胞培养过程分析1．原理：细胞增殖。2．选材：一般取自幼龄动物的器官或组织，因为这些组织或器官的生命力旺盛，分裂能力强。3．酶处理(1)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，便于分散后继续培养。(2)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产物的及时排出。(3)不能用胃蛋白酶处理：由于大多数动物细胞生存的适宜pH为7.2～7.4，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。(二)动物细胞培养过程中的相关概念辨析1．细胞贴壁和接触抑制细胞贴壁将细胞悬液放入培养瓶内，置于适宜环境中培养，悬液中分散的细胞很快就贴附在培养瓶的瓶壁上，称为细胞贴壁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2．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。(1)若是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⇨原代培养。(2)若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⇨传代培养。(三)动物细胞培养条件的分析1．添加血清、血浆的作用：血清和血浆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%的血清或血浆。2．气体环境：CO2维持培养液的pH，O2维持细胞有氧呼吸。[在应用中悟][典例1]下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是 (

)A．动物细胞培养的目的就是获得分泌蛋白B．动物细胞培养前要用胰蛋白酶处理使细胞分散开C．动物细胞培养通常不会出现接触抑制现象D．可以通过细胞培养技术获得完整的动物个体[解析]

动物细胞培养的目的有时是为了获得分泌蛋白，有时是为了获得更多的细胞，A错误；通常培养前要将动物组织用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，使其分散成单个细胞，B正确；分散的细胞在培养瓶中很快就贴附在瓶壁上生长，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，即出现接触抑制现象，C错误；通过细胞培养技术只能获得大量的细胞或细胞产物，而不能获得完整的动物个体，D错误。[答案]

B[典例2]实验小鼠皮肤细胞培养的基本过程如图所示。下列叙述错误的是

(

)A．甲过程需要在无菌条件下进行B．乙过程可用胰蛋白酶处理皮肤组织C．丙过程是原代培养出现接触抑制现象D．丁过程是传代培养细胞，不出现接触抑制现象[解析]取小鼠的皮肤组织应在无菌条件下进行，A正确；乙过程可用胰蛋白酶处理皮肤组织，使其分散成单个细胞，然后用培养液将细胞制成细胞悬液，B正确；原代培养和传代培养细胞均会出现接触抑制现象，C正确，D错误。[答案]

D[在训练中评]1．某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列叙述正确的是 (

)A．制备肝细胞悬液时，可用胰蛋白酶或胃蛋白酶处理肝组织块B．恒温培养箱中的CO2浓度维持在5%左右，以促进细胞呼吸C．为了保证细胞培养所需的无毒环境，需大量添加各种抗生素D．培养的肝肿瘤细胞可用于筛选抗癌药物解析：胃蛋白酶需要强酸环境才能起作用，制备细胞悬液一般用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理，A错误；恒温培养箱中的CO2浓度维持在5%左右，以维持培养液的pH，B错误；为了保证细胞培养所需的无毒环境，需要对器材和培养皿等进行灭菌处理，而不是用抗生素，C错误；培养的肝肿瘤细胞可用于筛选抗癌药物，D正确。答案：D2．下图为肾脏上皮细胞培养过程示意图，下列叙述错误的是 (

)A．甲→乙过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理B．丙过程指细胞在添加血清的合成培养基中进行原代培养C．丙和丁过程均会出现细胞贴壁和接触抑制现象D．丁过程是传代培养的细胞，该过程体现了动物细胞的全能性解析：甲→乙过程需要用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理组织块获得单细胞悬液，然后进行细胞培养，A正确；据图分析可知，丙过程指细胞在添加血清的合成培养基中原代培养的过程，B正确；丙过程为原代培养，会出现细胞贴壁生长和接触抑制现象；丁过程为传代培养，也会出现细胞贴壁生长和接触抑制现象，但不能体现动物细胞的全能性，C正确，D错误。答案：D

[师说重难]

干细胞的种类及功能种类来源功能及应用胚胎干细胞(ES细胞)早期胚胎能够分化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、器官甚至生物个体成体干细胞成体组织或器官只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能力诱导多能干细胞(iPS细胞)体外诱导体细胞产生能分化成为具有特定功能的细胞，用于治疗疾病[在应用中悟][典例1]干细胞的培养成功是动物细胞培养领域重大的成就之一。人脐带间充质干细胞在特定诱导条件下，可分化为脂肪、肝、神经等多种组织细胞。下图表示培养人脐带间充质干细胞的大致过程。下列有关叙述错误的是

(

)A．人脐带间充质干细胞属于一种iPS细胞B．通过离心除去上清液可以除去胰蛋白酶C．过程①通常用胰蛋白酶处理D．出现接触抑制前的一段时间内，培养瓶中的细胞数量有可能呈“J”形增长[解析]

iPS细胞是经人工诱导产生的，脐带间充质干细胞不是诱导多能干细胞，A错误；离心后胰蛋白酶存在离心管的上清液中，通过去除上清液可除去胰蛋白酶，B正确；过程①为分离组织细胞获得单细胞的过程，常用胰蛋白酶处理，C正确；开始培养的一段时间内，细胞分裂旺盛，其数量可呈“J”形增长，D正确。[答案]

A[典例2]下列关于ES细胞和iPS细胞及其应用的说法，正确的是

(

)A．ES细胞存在于早期胚胎中，能分化成各种功能细胞，不能形成生物个体B．ES细胞存在于成体组织和器官内，能分化成特定的组织C．iPS细胞存在于成体组织和器官内，能分化成特定的组织D．iPS细胞是人工诱导产生的，也可诱导分化成为各种组织细胞[解析]

ES细胞存在于早期胚胎中，能分化成各种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官甚至生物个体，A、B错误；iPS细胞是分化的体细胞在体外经人工诱导培养形成的多能干细胞，在特定条件下可诱导分化成各种组织细胞，C错误，D正确。[答案]

D[在训练中评]1．成人体内的小肠干细胞可以分化为吸收细胞、杯状细胞、内分泌细胞和潘氏细胞等类型的细胞，说明小肠干细胞属于

(

)①成体干细胞②胚胎干细胞③多能干细胞④全能干细胞A．①③

B．①④C．②③

D．②④解析：成人体内的小肠(已分化的组织)干细胞属于成体干细胞，①正确。小肠干细胞可以分化为吸收细胞、杯状细胞、内分泌细胞和潘氏细胞等类型的细胞，说明小肠干细胞是多能干细胞，③正确。答案：A

2．干细胞是一种尚未充分分化的未成熟细胞，医学家们正在尝试利用干细胞治疗一些顽疾，下列说法错误的是 (

)A．各种组织干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果B．利用干细胞治疗某些顽疾，是因为干细胞具有再生各种组织、器官的潜能C．同一生物个体中，神经细胞与干细胞所含有的遗传物质不同D．干细胞可分为成体干细胞、胚胎干细胞和诱导多能干细胞解析：细胞分化是基因选择性表达的结果，A正确；干细胞具有发育的全能性，可以分化为成年动物体内的各种组织、器官，故可利用干细胞治疗某些顽疾，B正确；同一个体的神经细胞和干细胞均是由受精卵通过细胞分裂和细胞分化形成的，故它们的遗传物质相同，C错误；干细胞可分为成体干细胞、胚胎干细胞和诱导多能干细胞，D正确。答案：C

科学思维——归纳比较植物组织培养与动物细胞培养项目植物组织培养动物细胞培养理论基础植物细胞全能性细胞增殖培养基类型固体或半固体培养基液体培养基成分矿质元素、蔗糖、维生素、氨基酸、植物激素等无机盐、葡萄糖、维生素、氨基酸、促生长因子、动物血清等取材植物幼嫩部位或花药等动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织过程脱分化、再分化原代培养、传代培养相同点①都需要人工条件下的无菌操作，无菌培养；②都需要配制合成培养基；③都需要适宜的温度、pH等条件[素养评价]1．下列属于动物细胞培养与植物组织培养区别的是 (

)A．动物细胞培养基与植物细胞培养基的成分有所不同B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行C．动物细胞培养可发生遗传物质改变，而植物组织培养不能D．植物组织培养和动物细胞培养都体现了细胞的全能性解析：动物细胞培养所用培养基与植物组织培养所用培养基的成分不同，如培养动物细胞的培养基中需加入血清，而植物组织培养所用的培养基则不需加入血清，A符合题意；动物细胞培养与植物组织培养都需要在无菌、人工控制的条件下进行，B不符合题意；动物细胞培养与植物组织培养过程中都可发生遗传物质的改变，C不符合题意；植物组织培养最终能够形成完整的植物体，能体现植物细胞的全能性，动物细胞最终不能被培养成新的动物，不能体现动物细胞的全能性，D不符合题意。答案：A

2．人参皂苷具有抗肿瘤等作用。科研人员设计如图1所示流程制备人参皂苷Rg3，并研究了过程③生物反应器中人参细胞产量、人参皂苷Rg3产量随培养时间的变化，结果如图2。请回答下列问题：(1)外植体在一定的___________条件下脱分化形成愈伤组织。过程②通常需用_______________处理将愈伤组织分散成单个细胞。过程③通常采用_________(填“固体”或“液体”)培养基并振荡培养，除有利于增加溶解氧外，还能利于__________________。(2)由图2可知，生物反应器中人参细胞的数量总体将呈________(填“J形”或“S形”)增长，影响人参皂苷Rg3产量的因素有__________________________。(3)科研人员研究了人参皂苷Rg3、LeY单克隆抗体(LeY是一种肿瘤相关抗原)以及两者联合使用(联合组)对人子宫内膜移行上皮癌细胞数量增长的影响，结果如图3。①药物抑制癌细胞数量增长的途径可能有________________、____________等。②计算细胞数量增长抑制率需测定空白对照组培养相同时间后的细胞数。写出计算细胞数量增长抑制率的公式：________________