动物细胞工程（第二课时） 【知识精讲精研】高二生物课堂（人教版2019选择性必修3）

第2章

细胞工程第2节

动物细胞工程（第二课时）目标010203用归纳与概括、演绎与推理等方法，用文字和图示说明动物细胞培养的过程。（科学探究）运用稳态与平衡观，分析动物细胞培养的条件。（生命观念）对干细胞培养用于人类疾病治疗等社会热点问题进行科学评价（社会责任）学习目标温故知新：动物细胞培养动物细胞培养动物细胞培养的概念和原理动物细胞培养的条件动物细胞培养的过程原理：细胞的增殖在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术(1)营养条件(2)无菌、无毒的环境(3)温度、pH和渗透压(4)气体环境取动物组织单个细胞细胞悬液原代培养传代培养问题1:我们可否运用动物细胞培养技术在体外培养干细胞使之成为组织或器官吗？情境视频一：从社会中来神奇的干细胞—人类长生不老或将成为可能（视频）目录CONTENTS动物细胞培养的条件1/动物细胞培养的过程2/干细胞培养及其应用3/03

干细胞培养及其应用科学家是怎样获得iPS细胞的？如何应用于治疗人类疾病？它与胚胎干细胞相比，有哪些应用优势？这些类型各有怎样的特点和哪些方面的应用？什么是干细胞？有什么特点？分布在哪里？有哪些类型？你如何看待干细胞在临床上的应用所产生的效益与风险？234

1合作探究一：请同学们自主阅读教材P46，小组合作思考讨论完成问题。

一、干细胞培养及其运用一、干细胞培养及其运用神奇的干细胞—干细胞的种类（视频）1.干细胞概念和分布

动物和人体内仍保留的少数具有分裂和分化能力的细胞。在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞。存在于早期胚胎、骨髓和脐带血。受精卵原始胚胎干细胞囊胚胎儿成人胚胎干细胞成体干细胞一、干细胞培养及其运用2.干细胞类型和特点一、干细胞培养及其运用干细胞的种类胚胎干细胞成体干细胞存在于早期胚胎中，具有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和器官甚至个体的潜能。是成体组织或器官内的干细胞，具有组织特异性，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。2.干细胞类型和特点一、干细胞培养及其运用(1)胚胎干细胞：ES细胞胚胎干细胞分布特点局限性实例早期胚胎中具有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和器官甚至个体的潜能。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。需要分化诱导因子诱导成体干细胞分布特点运用实例实例成体组织或器官内具有组织特异性，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①造血干细胞（骨髓、外周血和脐带血中）②神经干细胞（神经系统中）③精原干细胞（睾丸中）治疗神经组织损伤和神经系统退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病等）治疗白血病及一些恶性肿瘤放疗或化疗后引起的造血系统、免疫系统功能障碍等疾病造血干细胞→神经干细胞→发现最早、研究最多的、应用最成熟的实例2.干细胞类型和特点一、干细胞培养及其运用(2)成体干细胞：2.干细胞类型和特点一、干细胞培养及其运用(2)成体干细胞：面临的问题运用展望存在导致肿瘤发生的风险干细胞将在再生医学、药物安全性与有效性检测等领域发挥大作用。成体干细胞实战训练

1．干细胞是动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞。科研人员尝试利用干细胞治疗人类的某些疾病，如利用骨髓移植法治疗白血病。下列相关叙述错误的是（

）A．在一定条件下，干细胞可以分化成其他类型的细胞B．干细胞都具有形成机体所有组织和器官甚至个体的潜能C．成体干细胞包括造血干细胞、神经干细胞、精原干细胞等D．干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中问题2:胚胎干细胞必须从胚胎中获取，这涉及伦理问题，因而限制了它在医学上的应用。我们还有其他途径干细胞吗？2.干细胞类型和特点一、干细胞培养及其运用(3)诱导多能干细胞：iPS细胞①概念通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，称为诱导多能干细胞，简称iPS细胞②诱导及流程病人各种类型的细胞导入特定基因导入特定蛋白小分子化合物成纤维细胞T细胞B细胞iPS细胞分化取出移植2.干细胞类型和特点一、干细胞培养及其运用(3)诱导多能干细胞：iPS细胞②诱导及流程iPS细胞用于治疗人类疾病示意图及视频取成纤维细胞转入相关因子细胞转化为iPS细胞诱导iPS细胞定向分化为多种组织细胞移植回病人体内2.干细胞类型和特点一、干细胞培养及其运用(3)诱导多能干细胞：iPS细胞诱导多能干细胞获取方法优点运用

①诱导过程无须破坏胚胎②iPS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。①将特定基因或特定蛋白导入细胞②用小分子化合物诱导形成。①可治疗镰状细胞贫血症②在治疗阿尔兹海默病、心血管疾病等领域的研究也取得了新进展2006年，利用逆转录病毒载体将四个基因的组合转入已分化的小鼠胚胎或成体成纤维细胞，获得小鼠iPS细胞。2012年获得诺奖。2007年，Jaenisch研究组用iPS细胞来源的造血前体细胞成功治疗小鼠镰刀状红细胞性贫血，这项研究从理论和实践上为人类单基因遗传病的治疗奠定了基础。0102

拓展延伸：iPS细胞研究历史（标志性事件）2009年，中国科学家周琪和曾凡一研究组由iPS细胞培育出了具有繁殖能力的小鼠：”小小”。在世界上首次证明了iPS细胞的全能性。由此，iPS细胞的研究进入了新纪元。2008年，YingShaoYao研究组报道，将皮肤癌细胞重编程为iPS细胞，该研究开辟了一条获得iPS细胞的新途径。0304

拓展延伸：iPS细胞研究历史（标志性事件）2013年，中国科学家邓宏魁研究组用四种小分子化合物组合诱导小鼠体细胞重编程为可分化发育为各种组织器官类型的多潜能干细胞，邓宏魁研究组将其命名为CiPS。该成果想制备无遗传修饰的iPS细胞方面迈出了一大步，开辟了一条全新收的实现体细胞重编程的途径，给未来应用再生医学治疗重大疾病带来了新的可能。2014年，科学家利用能发育成多种细胞的诱导多功能干细胞(iPS细胞)制成视网膜细胞，并移植到一名70多岁的渗出型老年黄斑变性女患者的右眼中。这是世界首例利用iPS细胞完成的移植手术。0506

拓展延伸：iPS细胞研究历史（标志性事件）2018年，中国科学家丁胜研究组，通过靶向技术激活內源基因，可成功实现体细胞多功能性的诱导，获得iPS细胞。该研究不仅提供了一种构建诱导性多能干细胞的方法，也帮助人们更好地理解了表观遗传修饰调控细胞命运的机制。072021年，科学家借助基因技术，修改了iPS细胞中的基因，成功培养出只攻击癌细胞的T细胞，其效果已在小鼠实验中得到确认，朝着癌症免疫疗法实用化更进一步。08

拓展延伸：iPS细胞研究历史（标志性事件）2022年3月21日，中科院与合作伙伴在《nature》杂志上发表了一项重量级世界首创研究，宣布发现了一种非转基因、快速且可控的“鸡尾酒”细胞重编程方法，通过体细胞诱导首次获得了类似受精卵发育3天状态的人类全能干细胞，这是目前全球在体外培养的“最年轻”人类细胞。若将其用于再生医学，培育得到的器官更接近于真实器官，对人体器官的体外再生解决器官短缺等问题有着重要意义。

拓展延伸：iPS细胞研究历史（标志性事件）一、干细胞培养及其运用3.干细胞治疗目前存在的问题：存在着导致肿瘤发生的风险一、干细胞培养及其运用

来源或存在功能、特点局限性胚胎干细胞(ES细胞)成体干细胞诱导多能干细胞(iPS细胞)早期胚胎能够分化成为动物体内的任何细胞，并进一步形成组织、器官甚至生物个体成体组织或器官，如造血干细胞、神经干细胞和精原干细胞等体外诱导体细胞产生能分化成为具有特定功能的细胞来治疗疾病。无须破坏胚胎，且避免免疫排斥反应。具有组织特异性，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需从胚胎中获取，涉及伦理问题，限制了它在医学上的应用技术不成熟。实战训练

2.(2023·山西运城高三模拟)对某种动物的肝肿瘤细胞进行细胞培养，下列说法错误的是()A.在利用肝组织块制备细胞悬液时，可用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理B.动物细胞培养应在含5%CO2的CO2培养箱中进行，CO2的作用维持培养液的pHC.为了防止动物细胞培养过程中受污染，可向培养液中加入适量的干扰素D.在合成培养基中，通常需加入血清等一些天然成分实战训练

3.某学术期刊发表论文称，利用人类多能干细胞培养的皮肤类器官在培养4～5个月后，形成了多层皮肤组织，包含毛囊、皮脂腺和神经元回路，是迄今最逼真的人皮肤类器官。下列相关叙述正确的是（

）A.多能干细胞形成多层皮肤组织的过程中，遗传物质通常会发生改变B.多能干细胞培养形成多层皮肤组织，说明动物的体细胞具有全能性C.给烧伤病人移植自身多能干细胞培养成的皮肤类器官可减弱免疫排斥

反应D.该项研究结果表明多能干细胞可以分化成为人体内所需的各种组织和

器官实战训练

4.(2022·山东东营高二期末)目前实验室培养的小鼠干细胞经过定向诱导分化，可成功地修复小鼠损伤的心脏，下列相关叙述正确的是（

）A.此项研究体现了细胞的全能性B.在培养干细胞时需通入O2，不需通入CO2C.干细胞具有免疫力，不需要在无菌环境中培养D.此成果的应用可避免器官移植出现的免疫排斥课堂小结动物细胞培养动物细胞培养的概念和原理动物细胞培养的条件动物细胞培养的过程原理：细胞的增殖在适当的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术(1)营养条件(2)无菌、无毒的环境(3)温度、pH和渗透压(4)气体环境取动物组织单个细胞细胞悬液原代培养传代培养干细胞培养及其应用干细胞的分布干细胞的类型干细胞的应用胚胎干细胞（ES细胞）成体干细胞早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中主要应用在医学上实战训练

5.判断下列是否正确(2)培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞(

)(3)悬浮培养的细胞直接用离心法收集，贴壁细胞需要用胰蛋白酶等处理后再用离心法收集()(4)动物细胞培养时，O2是细胞代谢所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的pH(

)(5)干细胞都是来源于早期胚胎。()(6)造血干细胞是发现最早、研究最多、应用也最为成熟的一类成体干细胞，主要存在于成体的骨髓、外周血和脐带血中。()(7)不同类型的干细胞，它们的分化潜能完全相同。(

)(8)iPS细胞是一种人工诱导产生的多能干细胞，在治疗阿尔茨海默病、心血管疾病领域具有重要的研究价值。(

)×√√×√×√实战训练

6．下列关于干细胞的叙述，错误的是（

）A．干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带血等多种组织和器官中B．胚胎干细胞具有分化为成年动物体内的任何一类细胞的潜能C．成纤维细胞被诱导为iPS细胞过程中，其遗传物质和蛋白质种类都发生了变化D．将干细胞应用于临床治疗可能导致肿瘤发生实战训练

7．将自体骨髓干细胞植入胰腺组织后可分化为“胰岛样”细胞，以替代损伤的胰岛B细胞，达到治疗糖尿病的目的。下列叙述不正确的是（

）A．胰岛B细胞与“胰岛样”细胞的基因组成相同，基因表达情况不同B．“胰岛样”细胞的形成是骨髓造血干细胞基因选择性表达的结果C．来源于病人自身的骨骼干细胞移植回体内可以避免免疫排斥反应D．骨髓干细胞与“胰岛样”细胞的基因组成相同，基因表达情况不同实战训练

8．下列关于诱导多能干细胞（iPS细胞）与胚胎干细胞（ES细胞）的叙述，正确的是（

）A．可通过细胞形态区分iPS细胞与ES细胞B．高度分化的组织细胞可诱导形成iPS细胞与ES细胞C．iPS细胞与ES细胞都具有分化成多种组织细胞的能力D．iPS细胞与ES细胞的获取和利用均涉及伦理问题

练习与应用

一、概念检测1.判断下列有关动物细胞培养的表述是否正确。(1)培养环境中需要O2，不需要CO2。()(2)细胞要经过脱分化形成愈伤组织。()(3)培养液中通常含有糖类、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清。()(4)培养瓶中的细胞需定期用胰蛋白酶处理，分瓶后才能继续增殖。()××√×

练习与应用

2.干细胞有着广泛的应用前景。下列相关叙述错误的是(

)

A.干细胞是从胚胎中分离提取的细胞

B.造血干细胞可以分化为各种血细胞

C.不同类型的干细胞，它们的分化潜能是有差别的

D.由iPS细胞产生的特定细胞，可以在新药的测试中发挥重要作用

练习与应用

二、拓展应用现在关于iPS细胞的研究正在不断深入。请你从以下两个方面来查阅资料进行思考。(1)由于诱导iPS细胞、促使其分化都需要时间，因此用某人特异的iPS细胞进行医疗只限于时间比较充裕的情形。从实际事故、疾病发生的不可预测性方面考虑，如果要将这些细胞用于紧急情况，应该提前采取什么措施？像建立骨髓库一样，有研究团队正在尝试建立HA(HumanLeukocyteAntigen，人类白细胞抗原)多态性丰富的iPS细胞库，可以为需要的人找到HLA匹配度较高的iPS细胞，这样不仅可以节省时间、成本，还能减轻异体干细胞移植后发生的免疫排斥反应。

练习与应用

二、拓展应用(2)如果诱导iPS细胞定向分化为生殖细胞的技术发展成熟，该技术可能会有哪些应用？又可能带来哪些问题？该技术可能被用于治疗不孕症；获得足够量的生殖细胞来进行濒危物种的克隆研究；获得生殖细胞进行转基因操作，再经过受精、胚胎发育等过程来获得转基因动物。该技术可能带来一系列的伦理问题。例如，如果用同一个人的iPS细胞分别诱导形成精子和卵子，两者受精可能培育出“单亲”婴儿；有的人还可能有目的地选择iPS细胞，从而“设计”婴儿。实战训练

9．随着电视剧《狂飙》热播，干眼症被搬上银屏。诱发干眼症最常见的原因就是泪液分泌不足，或者睑板腺分泌的油脂不足，泪液蒸发太快。科学家用诱导多能干细胞（iPS细胞）制成与泪腺相似的立体组织，该成果有望带动对重症干眼症治疗方法和药物的研究。下列说法正确的是（

）A．由于泪腺功能受损，内环境中的泪液分泌不足会导致干眼症B．诱导iPS细胞形成泪腺相似的组织的过程体现iPS细胞的全能性C．iPS细胞与胚胎干细胞相比，其优点之一是可以在不需要人类胚胎的情况下获得D．健康用眼习惯及佩戴隐形眼镜能有效预防干眼症实战训练

10．科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞获得一种类似胚胎干细胞的细胞，具有活跃的分裂能力，称为诱导多能干细胞(简称iPS细胞)，下列叙述错误的是（

）A．iPS细胞具有很高的全能性，且诱导过程无须破坏胚胎B．培养iPS细胞需提供95%氧气和5%CO₂的混合气体C．由病人体细胞诱导产生的iPS细胞进行自体移植理论上可避免发生免疫排斥D．iPS细胞具有分裂活性，用它进行治疗时可能存在分化成肿瘤细胞的风险实战训练

11．干细胞有着广泛的应用前景，下列相关说法正确的是（

）A．干细胞是从胚胎中分离提取的细胞B．成体干细胞具有发育成完整个体的能力C．不同类型的干细胞，它们的分化潜能没有差别D．由iPS细胞产生的特定细胞，可以在新药的测试中发挥重要作用实战训练

12．在体外培养动物肌肉组织就可以完成动物蛋白的生产，及生产细胞培养肉。从牛身上取出“肌卫星细胞”的干细胞作为“种子”，将其置于生物培养基中，只需三周即可获得“人造牛肉”。下列叙述正确的是（

）A．细胞培养内所使用的“种子”需要从早期胚胎中分离获得B．培养过程中所涉及的细胞培养均需在CO2培养箱中进行培养C．为保证“细胞培养肉”、培养用具的无菌条件，培养液需要定期更换D．“肌卫星细胞”培养形成“人造牛肉的过程”充分体现了细胞的全能性实战训练

13．间充质干细胞是一种多能干细胞，人脐带间充质干细胞具有更好的增殖性和更低的免疫原性，能定向分化成机体的多种功能细胞。与其他体细胞相比，下列关于间充质干细胞的叙述，正确的是（）A．间充质干细胞特有的基因调控其增殖分化B．异体移植间充质干细胞不会发生免疫排斥反应C．如果体细胞也能变为间充质干细胞，则此过程中没有基因的选择性表达D．间充质干细胞可用胰蛋白酶处理进行传代培养实战训练

14．日本大阪大学医学院曾完成全球首例利用诱导性多能干细胞（iPS细胞）培养出的角膜组织进行的移植手术。研究团队将来自捐献者的皮肤细胞重新编辑，培养得到iPS细胞，再从中筛选出所需的角膜细胞并进行移植。下列相关叙述错误的是（

）A．成体干细胞主要分布于成体的骨髓、神经系统和性腺等中B．与ES细胞相比，iPS细胞用于再生医学可回避伦理争议C．捐献者的皮肤细胞和iPS细胞中的核酸和蛋白质不完全相同D．皮肤细胞→iPS细胞→角膜细胞的过程说明干细胞在临床治疗中无风险，可直接使用实战训练

15．研究人员利用逆转录病毒将Oct-3/4等四个关键基因导入皮肤纤维母细胞并表达，获得了与胚胎干细胞（ES细胞）极为相似的诱导多能干细胞（iPS细胞），其在体外可分化成神经细胞、心血管细胞等组织细胞。相关叙述错误的是（）A．携带关键基因的逆转录病毒以胞吞的方式进入皮肤纤维母细胞B．iPS细胞与ES细胞一样具有细胞周期和组织特异性C．利用iPS细胞对自身受损器官进行修复，可以避免免疫排斥反应D．获得iPS细胞过程无须破坏胚胎，可以避免获取ES细胞涉及的伦理问题实战训练

16．如图表示科学家利用牛的体细胞诱导出多能干细胞（iPS），进而再分化成多种体细胞的过程。下列相关叙述错误的是（

）A．过程①所取的组织可用胰蛋白酶处理成单个细胞B．过程②转入的相关因子影响体细胞内基因的表达C．过程③所用培养液和所有培养用具需进行灭菌处理D．过程④获得的神经细胞和肌细胞含有的基因种类不同实战训练

17．某科研团队利用7个小分子化合物的组合