2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册 第2章 第2节 第2课时 动物细胞融合技术与单克隆抗体

第2课时动物细胞融合技术与单克隆抗体[学习目标]1.阐明动物细胞融合技术的概念，举例说出诱导动物细胞融合的方法。2.概述单克隆抗体的制备过程。一、动物细胞融合技术1．概念：使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。2．原理：细胞膜的流动性。3．诱导融合的方法eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(PEG融合法,电融合法,灭活病毒诱导法))4．意义：细胞融合技术突破了有性杂交的局限，使远缘杂交成为可能。5．应用(1)成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和培育生物新品种等的重要手段。(2)用于制造单克隆抗体。判断正误(1)与植物原生质体融合相比，动物细胞融合特有的诱导因素有聚乙二醇(PEG)、灭活的病毒()(2)灭活的含义是用物理或化学手段使病毒或细菌失去感染能力，但并不破坏它们的抗原结构()答案(1)×(2)√解析(1)与植物原生质体融合相比，动物细胞融合特有的诱导因素是灭活的病毒。任务一：动物细胞融合和植物体细胞杂交的比较1．19世纪30年代，科学家曾在患肺结核、天花和麻疹等疾病的病人的病理组织中，观察到多核细胞。如何解释这一现象？提示病人体内的病毒等诱导多个体细胞融合形成了多核细胞。2．比较动物细胞融合技术和植物体细胞杂交技术(1)动物细胞融合和植物体细胞杂交技术的原理分别是什么？提示动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性；植物体细胞杂交技术的原理是细胞膜的流动性和植物细胞的全能性。(2)两者在方法上有什么异同？提示都可用聚乙二醇(PEG)融合法和电融合法诱导融合；但动物细胞还可用灭活病毒诱导法诱导细胞融合。(3)两者在最终结果上有什么不同？提示动物细胞融合最终得到的是杂交细胞，而植物体细胞杂交技术最终得到的是杂种植株。1．(2022·天津市高二月考)如图表示仙台病毒诱导动物细胞融合的部分过程，下列叙述正确的是()A．细胞A和细胞B必须为同种细胞才能融合B．细胞C同时有细胞A和细胞B的遗传物质C．该融合过程体现了细胞膜具有选择透过性D．此过程的原理是动物细胞具有全能性答案B解析不同种的细胞也能融合，如人、鼠细胞融合，A错误；如图所示，细胞A、B融合成一个细胞C，细胞C同时有细胞A和细胞B的遗传物质，B正确；该融合过程体现了细胞膜具有流动性，C错误；此过程的原理是动物细胞膜具有流动性，D错误。2．对比动物细胞融合和植物体细胞杂交技术，下列论述合理的是()A．均可使用PEG、电融合或灭活病毒诱导细胞融合B．两者都可以跨越种属间的生殖隔离C．两者都可以体现细胞的全能性D．在适宜的条件下，均可产生完整个体答案B解析灭活病毒是动物细胞融合特有的诱导因素，A错误；动物细胞融合和植物体细胞杂交技术都可以打破生殖隔离，B正确；植物体细胞杂交技术体现了细胞的全能性，动物细胞融合技术体现了细胞膜具有流动性，C错误；目前，动物细胞融合技术不能产生完整个体，D错误。二、单克隆抗体及其应用1．传统抗体的获得(1)方法：向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需抗体。(2)缺陷：产量低、纯度低、特异性差。2．单克隆抗体的制备(1)大量制备单一抗体的思路(2)存在的问题：B淋巴细胞不可能无限增殖。(3)解决方案(4)制备过程3．单克隆抗体的优点(1)能准确地识别抗原的细微差异。(2)可以与特定抗原发生特异性结合。(3)可以大量制备。4．单克隆抗体的应用(1)用作诊断试剂，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。(2)运载药物，如ADC(抗体—药物偶联物)。(3)直接用于治疗疾病。判断正误(1)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合后，得到的都是杂交瘤细胞()(2)单克隆抗体制备过程中两次筛选的目的相同()(3)ADC的抗体具有靶向运输作用、药物具有治疗作用()答案(1)×(2)×(3)√解析(1)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞如两两融合，得到的融合细胞有3种，即B淋巴细胞自身融合细胞、骨髓瘤细胞自身融合细胞和杂交瘤细胞，需要筛选才能得到杂交瘤细胞。(2)单克隆抗体制备过程中第一次筛选是为了筛选出杂交瘤细胞，第二次筛选是为了获得足够数量的能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。任务二：单克隆抗体的制备过程和单克隆抗体的应用1．根据单克隆抗体的制备过程，回答以下问题：(1)给小鼠注射特定抗原的目的是什么？提示目的是能从该小鼠的脾中得到可以产生特定抗体的B淋巴细胞。(2)B淋巴细胞与骨髓瘤细胞经诱导融合后，培养基中共出现几种细胞？理论上融合的细胞有几种？体系中出现多种类型细胞的原因是什么？(若细胞融合，只考虑两两融合)提示若只考虑细胞两两融合，培养基中共出现5种细胞。理论上融合的细胞有3种。细胞融合是随机的，且融合率达不到100%。(3)单克隆抗体制备过程中，第一次筛选的目的是什么？方法是什么？提示第一次筛选的目的是筛选出杂交瘤细胞。方法是用特定的选择培养基进行筛选。(4)资料：①细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基蝶呤阻断。②免疫的B淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但它不能分裂增殖，其本身也不能在体外长期存活。③鼠骨髓瘤细胞中只有D途径，没有S途径，但它能不断分裂增殖。如果它的D途径被阻断的话，它会因不能合成DNA而死亡。请根据上述资料提出筛选出杂交瘤细胞的方法。提示培养基中加入氨基蝶呤。(5)单克隆抗体制备过程中，第二次筛选的目的是什么？方法是什么？其原理是什么？提示第二次筛选的目的是筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。方法是抗体检测。其原理是抗原—抗体的特异性结合。2．阅读教材“思考·讨论：单克隆抗体的应用”，回答以下问题：(1)ADC的抗体和药物各具有什么作用？提示ADC的抗体主要发挥靶向运输作用，即通过特异性结合靶细胞表面的抗原，将连接的药物输送到靶细胞；药物发挥治疗效应，如杀伤靶细胞。(2)除了细胞毒素，还有哪些物质理论上可以作为ADC偶联的药物？提示可以用放射性同位素标记单克隆抗体进行靶向放疗。一些作用于细胞信号转导通路的药物可以通过阻断肿瘤细胞的信号通路来抑制其生长，理论上也可以将这些药物与单克隆抗体结合进行治疗。(3)单克隆抗体诊断试剂盒和ADC在临床应用上各具有什么优势？提示单克隆抗体诊断试剂盒中的单克隆抗体只与特定的抗原发生反应，因此检测的特异性和灵敏度大大提高；生产单克隆抗体的杂交瘤细胞可以传代培养、冷冻保存和复苏利用，有利于控制产品的质量和标准化生产诊断试剂盒。ADC能够协同发挥抗体特异性识别的靶向作用和细胞毒素对肿瘤细胞的杀伤作用，因此它在临床上具有靶点清楚、毒副作用小等优点。杂交瘤细胞的抗体检测和克隆化培养融合后的细胞经特定的选择培养基筛选培养后，能存活的细胞就是杂交瘤细胞。但这些杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞，通常用“有限稀释法”来选择。将杂交瘤细胞稀释，用96孔板培养，使每一个孔中尽量只接种一个杂交瘤细胞，通过培养让其增殖。然后检测各孔上清液中细胞分泌的抗体，那些上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔。阳性孔中的细胞还不能保证是来自单个细胞，挑选阳性孔的细胞继续进行有限稀释，一般需要进行3～4次，直至确信每个孔中增殖的细胞为能产生特定抗体的杂交瘤细胞。该过程即为杂交瘤细胞的克隆化培养。3．甘草酸是中药甘草中的主要活性成分。为了快速检测甘草酸，科研人员利用细胞工程技术制备了抗甘草酸的单克隆抗体，其基本操作过程如图所示。下列相关叙述正确的是()A．过程①只需要注射一次相应抗原B．过程②诱导细胞融合，利用了细胞膜的选择透过性C．过程⑤无论是在体内还是在体外进行，细胞丁都可大量增殖D．过程③④筛选的目的相同答案C解析在进行小鼠免疫处理时，一般要每隔一段时间重复注射相同抗原，以获得更多的已免疫的B淋巴细胞，A错误；细胞融合的原理是细胞膜的流动性，B错误；杂交瘤细胞可在小鼠腹腔或体外培养液中大量增殖，C正确；在制备单克隆抗体的过程中，过程③④筛选的目的不同，过程③的目的是获得杂交瘤细胞，过程④的目的是获得能产生所需抗体的杂交瘤细胞，D错误。4．(2023·广西桂林高二期中)将特定药物与单克隆抗体相结合制成的“生物导弹”，能够用于杀死人类某些癌细胞，其过程如图所示。“生物导弹”主要由两部分组成，一是“瞄准装置”，二是杀伤性“弹头”。下列相关叙述错误的是()A．“脾脏中的细胞”是从经免疫处理的实验动物中获取的B淋巴细胞B．杂交瘤细胞在培养瓶中培养时不会出现接触抑制的现象C．“瞄准装置”是指能够特异性识别癌细胞的单克隆抗体D．构成“弹头”的抗癌药物具有选择性杀伤癌细胞的功能答案D解析杂交瘤细胞具有骨髓瘤细胞的特点，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，可以无限增殖，在培养瓶中培养时不会出现接触抑制，B正确；构成“弹头”的抗癌药物没有特异性，“瞄准装置”中的单克隆抗体能将药物带到特定部位，从而选择性杀伤癌细胞，D错误。题组一动物细胞融合技术1．与植物体细胞杂交相比，动物细胞融合的原理及其特有的诱导方法分别是()A．细胞膜的流动性、离心B．细胞膜的流动性、灭活病毒诱导法C．细胞的全能性、电融合法D．细胞的全能性、灭活病毒诱导法答案B解析植物体细胞杂交的原理是细胞膜的流动性、植物细胞的全能性，动物细胞融合的原理是细胞膜的流动性；动物细胞融合常用的方法有PEG融合法、灭活病毒诱导法、电融合法等，其中灭活病毒诱导法是其特有的诱导方法，而PEG融合法、电融合法也可用于诱导植物体细胞杂交。2．下列关于动物细胞融合技术的叙述，错误的是()A．细胞融合技术能应用于细胞遗传、细胞免疫等研究B．动物细胞融合的成功是细胞膜具有流动性的有力证据C．动物细胞融合的基本原理与植物原生质体融合的基本原理不同D．除了化学法和物理法外，动物细胞融合还可以由灭活病毒诱导答案C解析动物细胞融合与植物原生质体融合的原理都是细胞膜的流动性，C错误。3.如图为细胞融合的示意图，下列叙述正确的是()A．若a细胞和b细胞是植物细胞，需先脱分化再诱导融合B．a细胞和b细胞之间的融合需要促融处理后才能实现C．c细胞的形成与a、b细胞的全能性有关D．c细胞将同时表达a细胞和b细胞中的所有基因答案B解析若a细胞和b细胞是植物细胞，需先去除细胞壁再诱导融合，A错误；c细胞的形成体现了细胞膜具有流动性，与a、b细胞的全能性无关，C错误；c细胞将选择性地表达a细胞和b细胞中的基因，D错误。题组二单克隆抗体及其应用4．(2023·江苏无锡高二调研)下列关于单克隆抗体制备的说法，正确的是()A．将特定抗原注射到小鼠体内，可以从小鼠血清中获得单克隆抗体B．经特定抗原免疫过的B淋巴细胞在体外培养时可分泌单克隆抗体C．培养杂交瘤细胞必须提供动物血清D．筛选出杂交瘤细胞后，需利用特定抗原再次筛选分泌所需抗体的细胞答案D解析向小鼠体内注射特定的抗原，可以从小鼠血清中获得抗体，但此时的抗体不是单克隆抗体，A错误；经特定抗原免疫过的B淋巴细胞在体外无增殖能力，无法通过培养获得单克隆抗体，B错误；培养杂交瘤细胞可以采用体内培养法和体外培养法，其中体内培养法不需要提供动物血清，C错误。5．(2023·黑龙江双鸭山高二质检)如图是抗原Flag­Tag(化学本质为蛋白质)的单克隆抗体制备流程图，图中字母代表细胞或物质，数字代表过程。下列叙述正确的是()A．过程①可用口服Flag­Tag抗原代替注射Flag­Tag抗原B．细胞A为小鼠的B淋巴细胞，应在小鼠胸腺中提取C．过程③融合得到的细胞C，部分不具有无限增殖的能力D．以上过程仅运用了动物细胞融合技术，依赖于细胞膜的流动性答案C解析Flag­Tag抗原的化学本质为蛋白质，消化道内含有的多种蛋白酶会将其消化分解，不可以直接口服，A错误；小鼠的B淋巴细胞一般在小鼠脾脏中提取，B错误；过程③融合得到的细胞C，若为两个B淋巴细胞融合的细胞，则不具有无限增殖的能力，C正确；以上过程运用了动物细胞融合技术和动物细胞培养技术，D错误。6．如图表示抗人体胃癌的单克隆抗体的制备过程，下列有关叙述不正确的是()A．图中实验小鼠注射的甲是能与抗人体胃癌抗体特异性结合的抗原B．利用PEG融合法、灭活病毒诱导法和电融合法等均可诱导细胞融合获得乙C．用特定的选择培养基对乙筛选，融合细胞均能生长，未融合细胞均不能生长D．丙需进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选后可获得大量能分泌所需抗体的丁答案C解析选择培养基只能让特定的符合条件的细胞存活下来，在题目给定的选择培养基上，只有杂交瘤细胞才能够存活，C错误。7．(2023·广东佛山高二期中)病毒A常导致多种瓜类发病或减产，如图为制备抗病毒A单克隆抗体的部分过程，下列有关叙述错误的是()A．以提纯的病毒A作为抗原对小鼠甲进行免疫B．单细胞悬液可由小鼠甲的脾脏用解离液分散成单个细胞制得C．制备过程中筛选1和筛选2的原理和目的均不相同D．制备成功的单克隆抗体可用于检测田间西瓜是否感染病毒A答案B解析用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间，将脾脏组织分散成单个细胞获得单细胞悬液，B错误。8．(2023·辽宁丹东高二期中)科学家将能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体与药物结合，制成了抗体—药物偶联物(ADC)，实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。下列叙述错误的是()A．ADC由抗体、接头和药物三部分组成B．ADC可与肿瘤细胞表面受体特异性结合C．ADC进入细胞的过程依赖膜的流动性D．单克隆抗体可特异性地杀伤肿瘤细胞答案D解析该单克隆抗体不能杀伤肿瘤细胞，而是与药物结合，将药物带到特定部位，利用药物杀伤肿瘤细胞，D错误。9．(2022·山东，15)如图所示，将由2种不同的抗原分别制备的单克隆抗体分子，在体外解偶联后重新偶联可制备双特异性抗体，简称双抗。下列说法错误的是()A．双抗可同时与2种抗原结合B．利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞C．筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原D．同时注射2种抗原可刺激B细胞分化为产双抗的浆细胞答案D解析根据抗原和抗体发生特异性结合的原理推测，双抗可同时与2种抗原结合，A正确；根据抗原与抗体能够发生特异性结合的特性，利用双抗可以将蛋白类药物运送至靶细胞，从而使药物发挥相应的作用，B正确；由于双抗是在两种不同的抗原刺激下，B细胞增殖、分化产生不同的浆细胞分泌形成的，因此，筛选双抗时需使用制备单克隆抗体时所使用的2种抗原来进行抗原—抗体检测，从而实现对双抗的筛选，C正确；同时注射2种抗原可刺激B细胞分化形成不同的浆细胞，而不是分化成产双抗的浆细胞，D错误。10．某研究者利用细胞工程制备抗A的单克隆抗体。先用抗原(A)分别免疫3只同种小白兔(X、Y和Z)，每只小白兔免疫5次，每次免疫一周后测定各小白兔血清抗体的效价(能检测出抗原抗体反应的血清最大稀释倍数)，制备B淋巴细胞时，免疫小白兔的血清抗体效价需达到16000以上，检测结果如图所示。下列有关叙述错误的是()A．将抗原A注入小白兔体内的目的是获得免疫产生的抗A抗体B．最适合用于制备B淋巴细胞的是第五次免疫后的小白兔YC．骨髓瘤细胞与B淋巴细胞的融合可以使用灭活的病毒进行促融D．融合细胞需要经过多次筛选获得足够数量的能分泌抗A抗体的杂交瘤细胞答案A解析将抗原A注入小白兔体内的目的是刺激小白兔发生体液免疫，从而获得已免疫的B淋巴细胞，A错误；在第五次中，小白兔Y的效价最大，所以最适合用于制备B淋巴细胞的是第五次免疫后的小白兔Y，B正确；骨髓瘤细胞与B淋巴细胞的融合常使用灭活的病毒进行促融，也可用物理或化学的方法进行促融，C正确；杂交细胞需要经过多次筛选才可获得只分泌抗A抗体的杂交瘤细胞，第一次筛选可获得杂交瘤细胞，第二次筛选可获得只分泌抗A抗体的杂交瘤细胞，D正确。11．(2023·河北承德高二期中)如图是科研人员将药物与单克隆抗体连接形成的抗体—药物偶联物(ADC)的示意图，它由抗体、接头和小分子药物三部分组成，能实现对肿瘤细胞的选择性杀伤。例如，用于治疗乳腺癌的Kadcyla是由阿多曲妥珠单抗和药物美坦新偶联的ADC。下列叙述不正确的是()A．单克隆抗体由杂交瘤细胞以胞吐方式释放体现了细胞膜的流动性B．药物美坦新识别并杀伤乳腺癌细胞体现了抗原—抗体的特异性结合C．ADC中接头稳定性偏低，会导致药物分子容易脱落，对正常细胞造成损伤D．ADC设计需要综合考虑抗体选择、药物分子大小及其细胞毒性等问题答案B解析药物美坦新并不具有识别作用，单克隆抗体才具有识别作用，B错误。12．(2023·山东枣庄八中高二月考)如图，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。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缺乏转化酶。现用加入H、A、T三种物质的“HAT培养基”来筛选特定的杂交瘤细胞。下列关于筛选原理的叙述，正确的是()A．免疫的B淋巴细胞及其相互融合的细胞因全合成途径被A阻断，在HAT培养基上不能增殖B．骨髓瘤细胞及其相互融合的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．杂交瘤细胞因为可进行上述两个途径，能在HAT培养基上大量增殖D．HAT培养基上筛选出的所有杂交瘤细胞，既能大量增殖又能产生较高纯度的目标抗体答案B解析免疫的B淋巴细胞及其相互融合的细胞是正常细胞，细胞内含有补救合成途径所必需的转化酶和激酶，但因高度分化而不能增殖，A错误；骨髓瘤细胞及其相互融合的细胞因骨髓瘤细胞中缺乏转化酶，无法进行补救合成途径，而在HAT培养基上不能增殖，B正确；杂交瘤细胞因为可以进行补救合成途径，所以能在HAT培养基上大量增殖，C错误；HAT培养基上筛选出的杂交瘤细胞能大量增殖，但并不都能产生高纯度的目标抗体，需要进行抗体检测，筛选出能产生特定抗体的杂交瘤细胞，D错误。13．(2023·江苏泰州高二期中)类风湿关节炎(RA)是一种自身免疫病，致残性强。研究表明，该病的病理改变与肿瘤坏死因子­α(TNF­α)密切相关，而一种DNF­α的单克隆抗体能有效治疗RA。如图为该单克隆抗体制备过程示意图，请回答下列问题：(1)单克隆抗体的制备涉及细胞工程中的、技术。(2)图中的抗原A是，HAT培养基的作用是经选择性培养筛选出杂交瘤细胞，之后还需要进行培养和抗体检测，经多次筛选，就可获得能分泌单一抗体的杂交瘤细胞。最后获得的杂交瘤细胞只能产生一种单一抗体的原因是。(3)单克隆抗体的特点是