221动物细胞培养和核移植技术.ppt

1、2.2 动物细胞工程,生产单克隆抗体等,动物细胞工程常用的技术,动物细胞培养,动物细胞核移植,动物细胞融合,是其他动物细胞工程技术的基础。,为什么要进行动物细胞培养?,一.动物细胞培养,如何进行细胞培养?,2.2.1动物细胞培养和核移植技术,从动物机体中取出相关组织，将它们分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。,(一)概念,1.进行动物细胞传代培养时用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是什么成分？用胃蛋白酶行吗？,P44旁栏,提示：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。胰蛋白酶作用的适宜

2、环境pH为7.28.4。多数动物细胞培养的适宜pH为7.27.4，胃蛋白酶在此环境中没有活性，而胰蛋白酶在此环境中活性较高，因此胰蛋白酶适宜用于细胞培养时的消化。,胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗？为什么？,P44寻根问底,提示：胰蛋白酶除了可以消化细胞间的蛋白外，长时间的作用也会消化细胞膜蛋白，对细胞有损伤作用，因此必须控制好胰蛋白酶的消化时间。,(二) 动物细胞培养过程,胚胎或幼龄动物的组织器官,细胞悬液,10代细胞,50代细胞,剪碎,胰蛋白酶或胶原蛋白酶,洗涤、稀释、分离,原代培养,用胰蛋白酶分散细胞，说明细胞间的物质主要是蛋白质。动物细胞培养适宜的PH为7.27.4，此环境下胃蛋白酶（2

3、.0）没有活性，而胰蛋白酶(7.2-8.4)的活性较高。,比老龄动物的组织细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛。分化程度越低，繁殖能力越强，越容易培养。,动物细胞培养不能最终培养成生物体,动物组织细胞间隙中含有一定量的弹性纤维等蛋白质，将细胞网络起来形成具有一定弹性和韧性的组织和器官。,贴壁生长 接触抑制,10代以内，保持正常二倍体核型,传代培养,原代培养和传代培养、细胞株和细胞系,随细胞增多，细胞就会停止分裂增殖,多细胞动物和人体的细胞都生活在内环境中，根据你所学的内环境的知识，思考以下问题： 1.体外培养细胞时需要提供哪些物质？ 2.体外培养的细胞需要什么样的环境条件？,P46讨 论,充足营养（糖

4、、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等合成成分及血清、血浆等天然成分。）,适宜温度、PH和气体环境；无菌无毒环境,(三) 动物细胞培养的条件P46,1、无菌、无毒环境（无菌处理和添加抗生素目的？更换培养液的好处？）,2、营养与体内相同。合成培养基：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等，通常需加入血清、血浆等一些天然成分。,3、温度和PH，3637、7.27.4）,4、气体环境95%空气、5%CO2-维持培养液PH）,植物组织培养和动物细胞培养的比较,P47最上面 1、大规模的生产生物制品。 2、培养的动物细胞作为基因工程的受体细胞。 3、检测判断物质的毒性。 4、培养正常或各种病变的细

5、胞，用于生理、病理、药理等方面的研究，如用于 等，为 及其他疾病提供理论依据。,(四) 动物细胞培养技术的应用,筛选抗癌药物,治疗和预防癌症,二.动物细胞核移植技术和克隆动物,将动物的一个细胞核，移入一个已经去掉细胞核的卵母细胞中，使其重组并发育成为一个新的胚胎，这个新的胚胎最终发育为动物个体（克隆动物）,分 类,细胞分化程度低，恢复全能性容易,细胞分化程度高，恢复全能性不容易,(一)、 动物细胞核移植概念：,(二)、体细胞核移植的过程：,请看教材P48图2-21,思考： 1.核移植的受体细胞是什么？处在什么时期？用此细胞作为受体细胞有什么好处？ 2.通过什么手段激活受体细胞，构建重组胚胎？,

6、M中期卵母细胞,诱导方法：物理或化学方法激活受体细胞，完成 细胞分裂和发育进程。,卵母细胞体积大，便于操作；含有营养物质丰富，提供早期胚胎发育所需的营养；含有激活细胞核体现全能性的物质。,(二)、体细胞核移植的过程：,P49讨论：,1.在体细胞的细胞核移植到受体卵母细胞之前，为什么必须先去掉受体卵母细胞的核？,为使核移植的胚胎或动物的遗传物质全部 来自有重要利用价值的动物提供的体细胞，在 供体细胞的细胞核移至受体细胞之前，必须将 受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏(P49小资料）。,培养的动物细胞一般当传代至1050代左 右时，部分细胞核型可能会发生变化，其细胞 遗传物质可能会发生突变，而10代

7、以内的细胞 一般能保持正常的二倍体核型。因此，在体细 胞核移植中，为了保证供体细胞正常的遗传基 础，通常采用传代10代以内的细胞。,2.用于核移植的供体细胞一般都选用传代10代以内的细胞，想一想，这是为什么？,3.你认为用上述体细胞核移植方法生产的克隆动物，是对体细胞供体动物进行了100%的复制吗？为什么？,绝大部分DNA来自于供体细胞核，但其核外还有 少量的DNA，即线粒体中的DNA是来自于受体卵 母细胞。,此外，即便动物的遗传基础完全相同，但动物的 一些行为、习性的形成与所处环境有很大关系， 核供体动物生活的环境与克隆动物所生活的环境 不会完全相同，其形成的行为、习性也不可能和 核供体动物

8、完全相同，从这一角度看，克隆动物 不会是核供体动物100%的复制。,(三)、体细胞核移植技术的应用前景：,1、在畜牧业中可以加速家畜遗传改良的进程,2、保护濒危物种,3、医药卫生领域生产医用蛋白质及组织器官的移植,4、了解胚胎发育和 衰老过程；追踪研 究疾病的发展过程 和治疗疾病,阅读课本P50页,(四)、体细胞核移植技术存在的问题：,思考与探究,1.幼龄与老龄动物的组织细胞比较，分化程度低的与分化程度高的组织细胞比较，哪一种更易于培养？思考一下，这是什么道理？,提示：细胞的衰老与动物机体的衰老有着密切的关系，细胞的增殖能力与供体的年龄有关，幼龄动物细胞增殖能力强，有丝分裂旺盛，老龄动物则相反

9、。所以，一般来说幼年动物的组织细胞比老年动物的组织细胞易于培养。同样，组织细胞的分化程度越低，则增殖能力越强，所以更容易培养。,思考与探究,2.动物细胞培养要经过脱分化的过程吗？为什么？,动物细胞培养不需经过脱分化过程。因高度分化的动物细胞发育潜能变窄，失去了发育成完整个体的能力，所以，动物细胞也就没有类似植物组织或细胞培养时的脱分化过程了。要想使培养的动物细胞定向分化，通常采用定向诱导动物干细胞，使其分化成所需要的组织或器官。,3.1997年，美国威斯康星州的一个奶牛场有一头 名叫卢辛达（Lucinda）的奶牛，年产奶量为 30.8 t，创造了世界奶牛产奶量最高新纪录。目 前世界各国高产奶牛

10、场奶牛，年平均产奶量一般 为十几吨，而我国奶牛产奶量年平均水平仅为34 t。 （1）能利用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达吗？请说明理由。,可以。卢辛达的产奶量很高，有高产奶的遗传基础，利用卢辛达的体细胞克隆的奶牛其遗传物质基本上全部来自该奶牛，其克隆牛具有高产的遗传基础，如果精心培育和饲养，有可能在世界范围内推广，克隆牛再与高产的公牛自然繁殖，可得到很多高产的后代，从而加快奶牛改良进程。,该克隆牛不能无限制地推广，其数量不宜过多，尤其是在小范围内不能无限的繁殖，以避免奶牛群出现近亲繁殖而引起种质衰退。,（2）如果将克隆高产奶牛卢辛达的任务交给你，你将如何对它进行克隆？,从卢辛达耳朵（也可用

11、别的组织、器官，耳朵在活体上容易取）上剪取一小块组织，在体外培养获得该组织（如软骨组织）的细胞。从屠宰场取废弃的牛卵巢，抽取卵母细胞体外培养成熟。用显微针去除卵母细胞的核，再将耳细胞注入卵母细胞，用电刺激方法使卵母细胞与体细胞融合，这时供体核就进入了受体卵母细胞，再用电刺激或化学物质激活注入了体细胞核的卵母细胞，使其完成细胞分裂和发育过程。核移植胚胎在体外短时间培养后，挑选正常卵裂的胚胎植入经同期发情处理的受体母牛体内。,4.体细胞核移植技术在研究和应用上还存在什么问题？请你查阅资料，了解这方面的前沿动态。,研究方面：克隆动物基因组重新编程的机制尚不清楚，克隆技术效率低，克隆动物畸形率高、死亡

12、率高、易出现早衰等问题。这些问题尚在研究中。 应用上：生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。,知识拓展,1.动物细胞培养技术是如何发展起来的？,1907年，哈里森（Harrison）在无菌条件下用淋巴液作培养基，培养蛙胚神经组织存活数周，并观察到神经细胞突起的生长过程，由此创建了盖片覆盖凹窝玻璃悬滴培养法，奠定了动物组织体外培养的基础。之后，又有人将悬滴培养法改良为双盖片培养，提高了传代效率并减少了污染。1923年，卡雷尔（Carrel）设计了卡氏瓶培养法，扩大了组织生存空间。 1951年， 厄尔 （Earle） 发明了体外培养动物细胞的人工合成培养基。1951年，波米拉（Pomer

13、at）设计了灌流小室，使细胞生活在不断更新的培养液中，便于作显微摄影和细胞代谢的研究。1957年，格拉夫（Graff）用灌流技术进一步提高了细胞悬浮培养的效率。1957年，杜尔贝科（Dulbecco）等人采用胰蛋白酶消化处理和应用液体培养基的方法，获得了单层细胞培养。单层培养法的出现，对组织培养的发展起了很大的推动作用。此后单层培养成为组织培养普遍应用的技术。20世纪60年代后，动物细胞大规模培养技术开始起步，并逐步发展。20世纪80年代后，随着基因工程和其他细胞工程技术的发展，细胞培养技术已成为转基因技术、生物制药及其他许多技术的基础，在现代生物技术中发挥着重要的作用。,知识拓展,2.为什么

14、动物细胞要分散成单个细胞培养？用酶消化的是什么物质？,细胞原代培养时可以分散成单个细胞培养，也可以用细胞群（团）、组织块培养，经传代培养后，最终都为细胞培养。 分散成单个细胞、细胞群（团）后容易培养，细胞所需的营养容易供应，其代谢废物容易排出；而用大块组织培养时，内部细胞的营养供应和代谢废物的排出都较困难，因此，这些细胞在体外长时间的生存和生长就较困难。同时，分散成单个细胞培养，可使得在细胞水平操作的其他技术得以实现。 用酶消化的是细胞间基质，细胞间基质主要成分有胶原蛋白、层粘连蛋白、纤粘连蛋白、弹性蛋白等成分。用蛋白酶可使其消化，从而使细胞相互分离。,知识拓展,3.体细胞核移植技术为什么要选择M期的卵母细胞做受体细胞？,细胞核移植技术中能用作受体细胞的通常有M期卵母细胞和受精卵（合子）。早期核移植技术中常用受精卵，后来基本上用M期卵母细胞取代了受精卵，主要因为两者的细胞质环境不同。有人认为重组需要的因子存在于M期卵母细胞的胞质中，而在原核形成时这些因子已被降解或用光，因此，原核扩张后受精卵去核可引起胞质中重组因子缺乏。成熟促进因子（MPF）是卵母细胞细胞质中重要的胞质影响因子，MPF的活性在卵母细胞减数分裂的MI期和M期达到最高，受精