海洋生物技术 第二章 海洋动物细胞工程

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胰蛋白酶处理动物组织,可以使动物组织细胞 间的胶原纤维和细胞外的其他成分酶解,获得单 个细胞。
(三)核移植技术
动物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
并发育成一个新的胚胎,这个新
的胚胎最终发育为动物个体。
黑面绵羊去 核卵细胞
白面绵羊乳 腺细胞核
克 隆 羊 培 育 过 程
第一节 概
一、细胞工程的概念

应用细胞生物学、遗传学、发育生物学和分
子生物学的理论和方法,按照人们的设计和 需要,通过细胞融合、核质移植、染色体或 基因移植,以及组织、细胞培养等方法,在 细胞整体水平或细胞器水平改变细胞内的遗 传物质或获得细胞产品,甚至培养出新物种 的一门综合性生物工程技术科学。
动物组织细胞培养技术的建立

1907年,美国胚胎学家R. Harrison将蛙的胚神经 组织移植到蛙的淋巴液凝块中,首创体外组织培养 法。 1912年,Carrel发现了鸡胚浸出液对某些细胞的生 长具有很强的促进效应,并把无菌技术引入组织培 养技术中,在不含抗菌素的培养条件下使鸡胚心脏 细胞维持生存了34年,先后继代3400次,证明动物 细胞有可能在体外无限地生长。
优点:分泌胞外、纯化方便、翻译 后修饰糖基化,与天然产品一致。
第三节 生产用动物细胞系的 要求和获得
一、生产用动物细胞的要求:
原代细胞 二倍体细胞系 连续细胞系(转化细胞系) 重组细胞系
二、生产用动物细胞的获得
⒈原代细胞
是直接取自动物组织器官,经过粉碎消
化而获得的细胞悬液(109/g)。
需要大量动物,费钱费劳力。
二、细胞工程技术
细胞融合技术 细胞培养技术 细胞器移植技术
染色体工程
组织培养技术(干细胞工程)
(一)细胞融合技术
细胞融合,又称细胞杂交,是指两个或两个以上的 细胞融合成一个细胞的现象。 正常人体内也有细胞融合现象,如两性生殖细胞结 合而成受精卵,多个巨噬细胞融合成一个体积很大的 多核异物巨细胞。
有关概念:
原代培养:从机体取出后立即培养的细胞为
原代细胞。培养的第1代细胞与传10代以内
的细胞称为原代细胞培养。
传代培养:将原代细胞从培养瓶中取出,配
制成细胞悬浮液,分装到两个或两个以上的
培养瓶中继续培养,称为传代培养。
细胞株:原代细胞一般传至10代左右细胞生
长停滞,大部分细胞衰老死亡,少数细胞存
G1期:4~6h, 合成 DNA聚合酶,RNA 合成; S期:6~8h ,DNA 合成; G2期:2~5h DNA量 加倍,RNA合成; M期:分裂期,0.5~ 1h 染色体分裂
⒉细胞生长需贴附于基质,并有接触抑制现象。
⒊正常二倍体细胞的生长寿命是有限的。
原代培养物经首次传代成功后即为细胞 系, 由原先存在于原代培养物中的细胞世系 所组成。如果不能继续传代,或传代次数有 限, 可称为有限细胞系, 如可以连续培养, 则称为连续细胞系(无限细胞系), 培养50代 以上并无限培养下去。
第二章 海洋动物细胞工程
目 录
一 概 述 二 动物细胞的形态结构和生理特点
三 生产用动物细胞系的要求和获得
四 动物细胞的培养条件和培养基 五 动物细胞培养的基本方法 六 动物细胞培养方法和操作方式 七 动物细胞生物反应器
八 动物细胞产品的纯化方法和质量要求
九 动物细胞工程的实例 十 细胞工程在海洋动物中的应用
受精作用
两个细胞正在融合
细胞融合现象的发现

19世纪30年代,Muller, Schwann, Virchow 等相继在 肺结核、天花、水痘、麻疹等病理组织中观察到多核 细胞现象。 1849年Lobing在骨髓中也发现了多核现象的存在。


1855年~1858年,科学家们在肺组织和各种正常组织 及发尖和坏死部位都发现了多核细胞。
素等。
原因?
⒌动物细胞对培养基要求高。 必需氨基酸、维生素、无机盐、
微量元素、葡萄糖、细胞生长因子、
贴壁因子等。
⒍动物细胞蛋白质的合成途径和修 饰功能与细菌不同。
动物细胞蛋白质的合成部位为
游离核糖体和粗面内质网的核糖体,
有糖基化修饰,且多为分泌胞外蛋
白。
动物细胞培养:
缺点:培养条件高、成本贵、产量低。


[A]贴壁细胞:去除培养基---胰蛋白酶消化---加入 培养液,形成细胞悬液---稀释---培养 [B]悬浮细胞:收集细胞悬液---离心搜集细胞---用 培养液稀释---培养
⒉二倍体细胞系 原代细胞经过传代、筛选、克隆, 从多种细胞成分的组织中,挑
选并纯化出具有一定特征的细胞 株。
二倍体细胞有正常细胞的特点:
细胞融合技术是细胞遗传学、细胞免疫 学、病毒学、肿瘤学等研究的一种重要手 段; 如将受抗原刺激后的小鼠脾淋巴细胞分 离出来,与已建成的小鼠骨髓瘤(浆细胞 瘤)细胞融合,筛选出的杂交瘤细胞可长 期存活和增殖,成为制备单克隆抗体的细 胞株。
(二)动物细胞培养技术 1.动物细胞培养的概念:
动物细胞培养 就是从动物有机体 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.
1859年,A. Barli研究发现某些黏虫存在着由单个细 胞核融合形成多核的原生质团的情况。据此,他认为 多核细胞是由单个细胞融合而成。

细胞融合的过程:细胞在促融因子的作用下,出现 凝集现象,然后,细胞之间的质膜发生粘连,细胞 开始融合,然后在培养过程中,进而发生核融合, 形成杂种细胞。
体外用人工方法使两种细胞融合,制成一种新 品系的杂交细胞,筛选出的杂交细胞有很强的 生命力,增殖也很旺盛。常用的细胞融合诱导 物是仙台病毒和聚乙烯丙醇(PEG)。 细胞A
7 0年代以后,大量研究工作证实了二倍体细胞的
安全性,WI-38是第一个生产脊髓灰质炎灭活疫苗
的二倍体细胞系。
二倍体细胞系一般从动物胚胎组织中获取,有明
显的贴壁和接触抑制特性,有正常细胞的核型,
一般可传代培养50代,且无致瘤性; 现在传代细胞系已被广泛用于人用治疗性药物的 生产,但仍不是理想的生产细胞系。
⒉悬浮细胞

生长不依赖支持物表面,在培养液 中呈悬浮状态生长。如淋巴细胞。 生长不严格依赖支持物。如中国地 鼠卵巢细胞,小鼠L929细胞。
⒊兼性贴壁细胞

二、动物细胞的生理特点
⒈ 细胞的分裂周期长 细胞分裂时间为12~48h, 细胞的分裂周期=间期+分裂期 间期(G1+S+G2), 分裂期(M)
物理法 化学法
细胞B
仙台病毒
灭活的病毒
wk.baidu.com
疱疹病毒
新城鸡瘟病毒
杂种细胞
用灭活的病毒诱导动物细胞融合过程
病毒颗粒 细胞核
细胞核
思考讨论: 为什么使用 的病毒需要 灭活?不灭 活行吗?
因为灭活的病毒能使细胞膜上的蛋白质分子和脂质分子重新排布,细胞膜打开,细 胞发生融合,不灭活的话会感染细胞,而不能诱导细胞融合。

细胞工程的主要技术及其应用
细胞与组织培养技术
细 胞 工 程
作物改良、花卉林木繁殖、产前 诊断、遗传病防止 名贵药物、其他生物药品
细胞大批培养技术
细胞融合技术 染色体工程技术
细胞器移植技术 体外受精和胚胎移植 技术 DNA重组技术 外源基因导入技术 物理化学技术
创造新植物、生产单克隆抗体、 培育高产新菌种 创造作物新类型
活到40~50代,这种传代细胞为细胞株。
细胞系:细胞株传代至50代后又出现细胞生
长停滞状态,只有部分细胞由于遗传物质的
改变,使其在培养条件下可以无限制传代,
这种传代细胞为细胞系。
细胞株和细胞系的区别: 细胞系的遗传物
质改变,具有癌细胞的特点,失去接触抑制,
容易传代培养。
⒋动物细胞对周围环境十分敏感; 对理化因素敏感,如:渗透压、 pH、离子浓度、剪切力、微量元
①染色体组型是2n核型; ②贴壁依赖接触抑制;
③可传代培养50代;
④无致瘤性。
二倍体细胞的培养意义
二倍体细胞保留着在位组织正常的细胞性状。
(1)可用于生产疫苗、尿激酶、干扰素等药 物的生产。 (2)也可用于细胞遗传学、细胞分化及衰老 的研究、以及药物的细胞毒性、环境污染的 细胞学检测。
二倍体细胞的来源


1940年,Earle建立了可无限传代的一个C3H小鼠的 结缔组织细胞系。1951年,开发了能促进动物细胞 体外培养的人工培养液。
2.动物细胞培养过程:
动物胚胎或幼龄动 胰蛋白酶 单个细胞 细胞 制成 悬浮 物的组织、器官 剪碎 液 细胞系 原 细 细胞株 代
部分细胞“癌 变”,无限传代 培 养
胞 贴 壁
加培养液
细胞 动物细胞培养不能 最终培养成动物体
50代细胞
剥离、分瓶 传代培养
10代 细胞
动物细胞的培养过程
幼龄动物 取动物器官 和组织 剪碎组织
胰蛋白酶处理 单个细胞 细胞培养
动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。

思考讨论:在动物细胞培养过程中,
为什么要用胰蛋白酶对取出的动物 组织进行处理?
②物理分散法:将组织小块通过加压过筛的方法进 行机械分散,形成单个细胞和细胞团块。 ③酶消化与物理分散结合法:动物组织先经过酶消 化,再用电磁搅拌进行物理分散。
(2)传代培养

定义:当原代培养的细胞相互汇合时,细胞由原培 养瓶消化、收集、稀释后转至新的培养瓶的过程。 注意:原代细胞类型不一,需要不同的消化时间和 消化液。 步骤:
⒊转化细胞系(无限细胞系) 通过某个转化过程形成的,常由于
染色体断裂变成异倍体,失去正常
细胞特点,而获得无限增殖能力。
转化过程可以是自发的或人工的,
从肿瘤组织中分离。
4.融合细胞系
仙台病毒融合法 聚乙二醇融合法 电融合法
5.基因工程细胞系 利用基因工程技术改造编码蛋白
质的基因并转化到新宿主细胞内进
生产用最多的鸡胚细胞、原代兔肾细胞、
鼠肾细胞、淋巴细胞。
(1)原代培养

定义:从新鲜供体取得组织 细胞后在体外进行首次培养, 一般持续1~4周。 步骤:取材---组织分离--培养 方法:组织块培养法、分离 细胞培养法


动物组织块培养法
将动物组织切成直径为1
~ 2mm的小块、并 且进行培养的方法称为动物组织块培养法。 有些动物组织如人的皮肤细胞,由于分散成 细胞十分困难,因此常常采用组织块培养法。
创造动植物新品种 动植物改良、人类优生 动植物改良、基因治疗
第二节 动物细胞的形态结构 和生理特点
一、动物细胞的形态与结构 适应功能,形态各异。
离体培养细胞分三类: 贴壁细胞;悬浮细胞;贴壁-悬浮
⒈贴壁细胞 生长须有贴附的支持物表面, 自身分泌 或培养基中提供的贴附因子才能在该表面 上生长。 两种形态: 成纤维细胞型(细长) 上皮细胞型(圆形、多角形或放射形)
细胞核移植
重组细胞 电脉冲刺激 早期胚胎 胚胎移植
另一头绵羊的子宫
妊娠、出生
克隆羊多利

1997年2月,英国科学家 Wilmut等在世界权威杂志 《Nature》上首例报道了世界 第一只克隆羊的诞生。它的贡 献在于:证明了哺乳动物高度 分化的细胞同样含有全套遗传 信息,亦能在一定条件下发育 成动物个体,进一步证明了动 物细胞的全能性。 1998年,Thomason 成功建立 人胚胎干细胞系。
行表达。这些利用基因工程技术构
建的细胞系成为基因工程细胞系。
三、常用生产用动物细胞 的特性(了解)
W1-38
MRC-5
CHO-K1 BHK-21 Vero Namalwa
四、细胞库的建立 生产用的工程细胞必须建立 两个细胞库: ①原始细胞库 ②生产用细胞库
来源于3-4个月的胚胎肺组织。 目前已获得了多种人胚肺二倍体细胞,如:
W1-38 MRC-5 MRC-9
IMR-90
LS-7
2BS
KBM-13
二倍体细胞的培养特征
影响二倍体细胞培养的因素有:
①分种率。一般不超过1:8,细胞密度应大于 104个/平方厘米,否则死亡率大,细胞难以 成层。
②继代寿命。细胞培养中需及时进行继代培养, 否则细胞容易退化、衰老和死亡。 ③PH值。应大于7.2,最好通过CO2培养箱和有 机缓冲液如HEPES来稳定培养液的PH值。
动物组织块固着之后,加培养液,于37℃、
CO2培养箱中、通入含5%CO2的空气进行培养, 即可在组织块周围长出新的细胞单层。动物 组织培养过程中,进行旋转或者振荡,培养 效果更好。
组织块分散成单细胞

消化分散组织块的方法分为三种:
①酶消化法:将组织块切成1~2mm的立方小块,置 蛋白酶溶液中进行消化分散,离心收集细胞,经 过平衡盐溶液洗涤,加培养基后于4℃条件下贮存 备用。
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