动物细胞工程动物细胞培养和核移植技术.ppt

,回忆：植物细胞工程包括哪些内容？,2.2动物细胞工程,动物细胞工程常用的技术手段,动物细胞培养（基础）,动物细胞融合,生产单克隆抗体,动物细胞核移植,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养,在治疗烧伤病人时，通常采用的方法是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植。但对一个大面积烧伤的病人来说，自体健康皮肤非常有限，使用他人皮肤来源不足，而且会产生排异反应。那么，怎样才能获得大最的自体健康皮肤呢？,许多动物的细胞能够分泌蛋白质，如抗体等。但是，单个细胞产生的蛋白质量是很少的，怎样才能获得大最的分泌蛋白呢？,1、动物细胞培养概念：就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后，放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和增殖。,你认为动物细胞培养的原理是什么？细胞增殖,动物机体组织,单个细胞,原代培养,传代培养,请阅读相关内容，思考以下问题：1.动物组织要怎样处理使组织块变成单个细胞？2.什么叫细胞贴壁？3.接触抑制？,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的过程,剪碎、胰蛋白酶或胶原蛋白酶,悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。,细胞进行有丝分裂，数量不断增多，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。,3.什么原代培养和传代培养？4.细胞在传至10-50代左右时会发生什么变化？,人们通常将动物组织消化后的初次培养称为原代培养。,一般来说，细胞在传至10-50代左右时，增殖会逐渐缓慢，以至于完全停止，这时部分细胞的细胞核型可能会发生变化。当继续传代培养时，少部分细胞会克服细胞寿命的自然极限，获得不死性，这此细胞已经发生了突变，正在朝着等同于癌细胞的方向发展。目前使用的或冷冻保存的正常细胞通常为10代以内，以保持细胞正常的二倍体核型。,贴满瓶壁的细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，然后分瓶继续培养，让细胞继续增殖。这样的培养过程通常被称为传代培养。,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的过程,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。,动物胚胎或幼龄动物的组织、器官,细胞悬浮液,胰蛋白酶(分解弹性纤维),10代细胞,原代培养,50代细胞,传代培养,无限传代,单个细胞,加培养液,遗传物质细胞株未改变,遗传物质细胞系改变,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的过程,思考并回答：1、为什么选用动物胚胎或幼龄个体的器官或组织做动物细胞培养材料？2、为什么培养前要将组织细胞分散成单个细胞？,因为动物细胞工程的原理是细胞的增殖，而这些组织或器官上的细胞生命力旺盛，分裂能力强；便于进行动物细胞培养。,成块组织不利培养，分散了做成细胞悬浮液利于培养，使细胞与培养液充分的接触，有利于培养液的利用，加快了培养的进程。,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的过程,思考并回答：3、动物细胞培养能否像绿色植物组织培养那样最终培养成新个体？4、在动物细胞培养的过程中，需用到两次胰蛋白酶，作用分别是什么？,不能，动物细胞培养只能使细胞数目增多，不能发育成新的动物个体。能否说明动物细胞没有全能性？那说明了什么？,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的过程,5、传代培养的细胞，如果细胞形态发生了变化，这说明了什么？,正在朝着等同于癌细胞的方向发展,形成单个细胞,思考并回答：6、动物细胞培养液的主要成分是什么？较植物组织培养的培养基有何独特之处？,动物细胞培养的培养基主要成分：葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。独特之处有：1、液体培养基2、成分中有动物血清等,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的过程,P44寻根问底胰蛋白酶真的不会把细胞消化掉吗？为什么？,P44旁栏思考题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？,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。,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7.28.4。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。,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的过程,P46讨论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，思考并讨论以下问题：体外培养细胞时需要提供哪些物质及环境条件？,无菌、无毒的环境。,充足的营养供给,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的过程,适宜的温度、适宜的pH和气体环境。,无茵、无毒的环境,对培养液和所有培养用具进行_处理。通常还要在细胞培养液中添加一定量的_，以防培养过程中的污染。此外，应_培养液，以便清除_，防止细胞代谢产物积累对_造成危害。,无菌,抗生素,定期更换,代谢产物,细胞自身,营养,细胞体外培养所需营养物质与体内_，例如，需要有糖、_、_、无机盐、_等。将细胞所需的上述营养物质按其种类和所需数量严格配制而成的培养鉴，称为_。由于人们对细胞所需的营养物质还没有完全搞清楚，因此，在使用合成培养基时，通常需加入等一些_天然成分。,基本相同,氨基酸,促生长因子,微量元素,合成培养基,血清、血浆,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的条件,无茵、无毒的环境营养温度和PH气体环境,细胞体外培养的适宜温度一般与动物的_相近，哺乳动物多以_为宜。多数细胞生存的适宜pH为_。,温度和PH,体温,7.2-7.4,36.5土0.5,气体环境细胞培养所需气体主要有02和CO2，02是细胞_所必需的，CO2的主要作用是维持培养液的_。进行细胞培养时，通常采用培养皿或松盖培养瓶，将其置干含95_加5%_的混合气体的_中进行培养。,气体环境,代谢,PH,培养箱,CO2,空气,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养的条件,1、生产生物制品(病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等)2、检测有毒物质3、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，如用于筛选抗癌药物等，为治疗和预防癌症及其他疾病提供理论依据。,说出动物细胞培养与植物组织培养的异同?,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养技术的应用,阅读回答:动物细胞培养技术的应用?P47,说出动物细胞培养与植物组织培养的异同,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞培养动物细胞培养技术的应用,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物,离体的植物组织或细胞在适当的培养条件下可发育成完整的植株，那么能不能用高产奶牛的一个体细胞，培育出一头高产奶牛呢？,我们已经知道，高度分化的植被物组织仍保持着全能性，但动物细胞与植物细胞不同，动物细胞的全能性会随着动物细胞分化程度的提高而逐渐受到限制，分化潜能逐渐变弱。因此，目前还不能用类似植物组织培养的方法获得完整的动物个体，用动物体细胞克隆的动物，实际是通过核移植来实现的。,动物细胞核移植的概念动物细胞核移植是将动物的一个细胞的细胞核，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),哺乳动物核移植可以分为_核移植和_核移植。动物胚胎细胞分化程度_，恢复其全能性_。动物体细胞_高，恢复其_十困难。因此，动物_的难度也明显高于_。,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物,动物细胞核移植的类型,胚胎细胞,体细胞,低,相对容易,分化程度,全能性,体细胞核移植,胚胎细胞核移植,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植的过程,卵母细胞去核,体细胞中取核,重组细胞,重组胚胎,新个体,过程：,刺激使两细胞融合,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植的过程,（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。,（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？,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植的过程,实例：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30.8t，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34t。,克隆羊培育过程核移植技术,黑面绵羊去核卵细胞,白面绵羊乳腺细胞核,细胞核移植,电脉冲刺激,胚胎移植,妊娠、出生,重组细胞,早期胚胎,另一头绵羊的子宫,克隆羊多利,P49讨论,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植的过程,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。,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？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。,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植的过程,讨论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？克隆动物绝大部分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。所以，用教材中所述的方法克隆的动物不是供核动物完全相同的复制。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。,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植的过程,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植技术的应用前景,说出体细胞核移植技术的应用前景?,体细胞核移植技术在畜牧业、医药卫生，以及其他领域有着广泛的应用前景。,在畜牧生产中，利用体细胞克隆技术可以加速家畜_进程，促进_繁育；在保护_濒危物种方而，可望利用体细胞核移植技术增加这些动物的_。,遗传改良,优良畜群,濒危,存活数量,在医药卫生领城，转基因克隆动物可以作为_，生产许多珍贵的_；在治疗人类疾病时，转基因克隆动物细胞、组织和器官可以作为_的供体；人的核移植胚胎_经过诱导分化，形成相应的组织、器官后，可以用于_的移植。,生物反应器,医用蛋白,异种移植,干细胞,组织器官,2、濒危物种增数量。,3、医用蛋白和移植。,1、家畜的遗传改良。,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植技术的应用前景,此外，研究克隆动物和克隆细胞可使人类吏深人地了解_过程；用克隆动物做_，能使人们更好的_的发展过程和治疗疾病。,胚胎发育及衰老,疾病模型,追踪研究疾病,3、胚胎发育及衰老。,4、克隆动物做模型。,2.2.1动物细胞培养和核移植技术动物细胞核移植技术和克隆动物体细胞核移植技术的存在的问题,1996年在英国出生的克隆羊，已经死亡。它比自然出生的羊寿命缩短了5-6年，你认为可能是什么原因造成的？,说出:体细胞核移植技术的存在的问题?,尽管体细胞核移植技术已经在许多种动物中获得成功，但其成功率仍然非常低，产下的活克隆动物占移植克降胚胎的比率平均不到1%。克降枝术的各个环节也有待进一步改进。此外，一些人士指出，绝大多数克隆动物还存在健康问题，许多克隆动物表现出遗传和生理缺陷，如体型过大，异常肥胖、困难、脏器缺陷，免疫失调等。对克隆动物食品的安全性问题也存有争议。总之，体细胞核移植技术的研究仍存继续深入，人类对克隆技术的应用还有许多问题需要解决。期待在不远的将来，克隆技术能更好地造福于人类。,P50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？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。,P50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？脱分化又称去分化，是指分化细胞失去特有的结构和功能变为具有未分化细胞特性的过程。植物的任何一部分，甚至单个细胞都具有长成完整植株的能力。但要发育成完整植株，必须先脱分化，脱分化的细胞具有发育成任何组织的能力，然后进行再分化，形成完整植株。植物细胞培养主要用于农林生产中的作物、苗木育种，快速繁育种苗、培育无病毒植株等，这就要求植物的组织或细胞先进行脱分化。动物细胞的培养有各种用途，一般而言，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。,P50思考与探究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30.8t，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34t。（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。可以用体细胞核移植技术克隆高产奶牛卢辛达。卢辛达的产奶量很高，说明它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。但同时需注意，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。,P50思考与探究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30.8t，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34t。（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？首先从卢辛达耳朵（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，使其完成减数分裂和发育过程。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。,P50思考与探究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。提示：在研究方面，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。在应用上，生产克隆动物费用昂贵，距大规模应用还有一定距离。,