动物细胞培养和核移植技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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。,1,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,实验材料，药性、毒性检测，提取细胞分泌物等,2,3,4,1.,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环境,pH,为,7.2,8.4,。多数动物细胞培养的适宜,pH,为,7.2,7.4,，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。,5,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。,6,(,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,7.2,7.4,，此环境下胃蛋白酶（,2.0,）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,细胞增殖缓慢，核型可能变化,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,7,动物组织块,细胞悬液,原代培养,传代培养,胰蛋白酶处理分散成单个细胞,幼龄动物的器官组织；动物胚胎,细胞贴壁,接触抑制,原代培养,传代培养,加入培养液,用胰蛋白酶等处理贴壁细胞,适宜条件,不死性细胞,8,细胞悬浮液,10,代细胞,50,代细胞,无限传代,原代培养（一般）,传代培养,原代培养和传代培养,、,细胞株和细胞系,多数组织细胞固定在表面生长和分裂。叫做？,随细胞增多，细胞就会停止分裂增殖,9,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、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,10,(,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,，,36,37,、,7.27.4,）,4,、气体环境,95%,空气、,5%CO,2-,维持培养液,PH,）,11,植物组织培养和动物细胞培养的比较,比较项目,植物组织培养,动物细胞培养,原理,细胞的全能性,细胞增殖,培养基性质,固体培养基,液体培养基,培养基特有成分,蔗糖 植物激素,葡萄糖 动物血清,培养结果,植物体,细胞株、细胞系,培养目的,快速繁殖、培育无病毒植株,获得细胞或细胞分泌蛋白,12,对比：动物细胞培养、植物组织培养,.,.,植物组织培养技术,动物细胞培养技术,原理,培养基,结果,分散处理,脱分化,细胞全能性,细胞有丝分裂,固体,营养物质,激素,液体,营养物质,血清,等,完整植株,细胞群或细胞产物,无,有,有,无,植物,组织,培养技术是植物细胞工程技术的基础。,动物,细胞,培养技术是动物细胞工程技术的基础。,复习,植物细胞工程,和,动物细胞工程的部分内容,。,13,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,14,1,关于动物细胞培养的有关叙述中正确的是,A,细胞的癌变发生于原代培养向传代培养的过渡过程中,B,动物细胞培养液中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、生长素和动物血清,C,动物细胞培养的目的只是获得大量的细胞分泌蛋白,D,动物细胞培养前和培养过程中都需要用胰蛋白酶处理,15,16,相互接触,接触抑制,单层,胰蛋白酶,衰老或死亡,不死性,降低,减少,17,活细胞的膜具有,选择透过性，大分子染料不能进入细胞，故不染色。,中,低温,新陈代谢,酶,抗原,18,二,.,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,胚胎细胞核移植：,体细胞核移植：,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：,19,(,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？,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。,20,电激处理使供体核进入受体卵母细胞构建重组胚胎,卵母细胞采集、培养,M,期,卵母细胞,供体牛,供体细胞注入去核卵母细胞,代孕母牛,克隆牛,体细胞培养,去核卵母细胞,去核,胚胎,移植,体细胞核移植过程（体细胞克隆动物）,21,整个过程用了哪些技术？,细胞培养、核移植、胚胎移植,新生牛的性别、基因？,与供体相同,繁殖方式？,无性繁殖,原理？,动物细胞,核,的全能性,22,23,(,二,),、体细胞核移植的过程：,24,25,母绵羊,A,乳腺细胞（体细胞）,母绵羊,B,未受精的卵细胞,母绵羊,C,“,多莉,”,新的卵细胞发育成早期胚胎,去核卵细胞,提取细胞核,核移植,胚胎移植,体细胞核移植技术,克隆羊,26,27,步骤一：从一只,6,岁芬兰多塞特白面母绵羊（姑且称为,A,）的乳腺中取出乳腺细胞，将其放入低浓度的营养培养液中，细胞逐渐停止分裂，此细胞称之为“供体细胞”；,步骤二：从一头苏格兰黑面母绵羊（,B,）的卵巢中取出未受精的卵细胞，并立即将细胞核除去，留下一个无核的卵细胞，此细胞称之为“受体细胞”,步骤三：利用电脉冲方法，使供体细胞和受体细胞融合，最后形成“融合细胞”。电脉冲可以产生类似于自然受精过程中的一系列反应，使融合细胞也能像受精卵一样进行细胞分裂、分化，从而形成“胚胎细胞”；,步骤四：将胚胎细胞转移到另一只苏格兰黑面母绵羊（,C,）的子宫内，胚胎细胞进一步分化和发育，最后形成小绵羊,-,多莉。,换言之，多莉有,3,个母亲：基因母亲，提供基因组；线粒体母亲，提供去核卵细胞；代孕母亲，将多莉生下来。有意思的是虽然有三个母亲但多莉没有父亲。,28,29,30,31,32,33,34,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）。,35,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？,36,3.,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。,37,(,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,38,39,40,阅读课本,P50,页,(,四,),、体细胞核移植技术存在的问题：,41,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。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。,42,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。,43,3.1997,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,3,4 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。,44,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。,45,（,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。,46,4.,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。,47,动物细胞培养与植物组织培养的重要区别在于,A,、培养基不同,B,、动物细胞培养不需要在无菌条件下进行,C,、动物细胞可以传代培养，而植物细胞不能,D,、动物细胞能够大量培养，而植物细胞只能,培养成植株,巩固练习,A,48,动物细胞工程技术的基础是,A,、动物细胞融合,B,、胚胎移植,C,、动物细胞培养,D,、核移植,巩固练习,在动物细胞培养过程中遗传物质发生改变的细胞,是,A,、细胞系,B,、细胞株,C,、原代细胞,D,、传代细胞,C,A,49,下列不属于克隆的是,A,、生物体通过体细胞进行的无性繁殖,B,、将某肿瘤细胞在体外培养繁殖成一个细胞系,C,、扦插和嫁接,D,、将鸡的某个,DNA,片段整合到小鼠的,DNA,中,巩固练习,D,50,植物体细胞杂交的,结果,是,A,、产生杂种植株,B,、产生杂交细胞,C,、原生质体的融合,D,、形成愈伤组织,巩固练习,A,植物体细胞杂交的,目的,是,A,、产生杂种植株,B,、产生杂交细胞,C,、原生质体的融合,D,、形成愈伤组织,A,51,植物体细胞杂交可以解决不同生物之间,的问题,A,、亲缘关系远,B,、地理隔离,C,、生殖隔离,D,、组织分化,巩固练习,下列细胞中，不具有细胞全能性特点的细胞是,A,、心肌细胞,B,、神经细胞,C,、根的皮层细胞,D,、木质部导管细胞,C,D,52,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（,Pomerat,）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。,53,知识拓展,2,.,为什么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。,54,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，受精或激活后，,MPF,迅速灭活，因此，,M,期卵母细胞中,MPF,活性高，而受精卵中,MPF,活性低。,MPF,水平的高低可影响供体核染色质的状态和复制。,M,期卵母细胞细胞核、细胞质已成熟，而,MI,卵母细胞细胞核、细胞质尚未成熟，其细胞质不能支持胚胎的全程发育，因此，尽管,MI,期卵母细胞,MPF,活性也高，但不能用作受体卵母细胞。,也有人认为用去核合子做受体时，可能由于合子去核时一些早期发育必需的因子随原核的去除而被去掉了，而使去核受精卵缺乏发育能力。因此，目前广泛采用,M,期卵母细胞做受体。,55,