动物细胞工程
2.2.1动物细胞工程 第一课时
2.2 动物细胞工程 第一课时
【学习目标】
1、简述动物细胞培养的过程、条件及应用。
2、比较动物细胞培养与植物组织培养区别。
3、简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景。 【学习重点】
1、动物细胞培养的过程、条件。
2、用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 【学习难点】
用动物体细胞核移植技术克隆动物的过程。 【自主学习】
一、动物细胞工程常用的技术手段
1、动物细胞工程常用的技术手段有哪几种?
2、______________是动物细胞工程技术的基础。 二、动物细胞培养的概念
(1)动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织,它分散成______________,后放在______________中,让这些细胞______________和______________。 (2)动物细胞培养的原理是:_________________。 强调:1、相关组织:一般是指动物 ,
原因: 。人的成熟的红细胞可以吗? 。
2、适宜的培养基:不同的细胞、组织,适合生存的环境不同,需要配制不同的培
养基,不同的组织细胞在不同的培养基上生长的更好。
3、分散成单个细胞的原因: 。 三、过程
1
50代细胞 10代细胞
细胞悬液
原代培养
传代培养
用胰蛋白酶或 胶原蛋白酶处理
……
2、关键词辨析:
(1)细胞贴壁:
(2)细胞的接触抑制:
(3)原代培养:
(4)传代培养:
说明:分瓶之前,称原代培养;出现接触抑制用胰蛋白酶处理,再分瓶培养为传代培养。
(5)细胞株:
(6)细胞系:
三、动物细胞培养的条件
(1)的环境。
保证所培养的细胞处于无菌、无毒的环境的方法:
第3章 动物细胞工程制药
Avastin 是美国刚刚上市的治疗结肠癌的 抗体药物,也是第一个从抗体库中筛选 出的 Fab 段抗体药物。 Avastin的上市 使公司的股价上升了90亿美元。
3.2 疫苗生产
疫苗的种类
□第一代疫苗——传统疫苗:减毒活疫苗、灭活疫苗、工程疫苗 □第二代疫苗——亚基疫苗:组分疫苗、多糖疫苗、合成肽疫苗 □第三代疫苗——核酸疫苗:表达特定抗原蛋白的核酸(DNA和RNA)
发明单克隆抗体技术
Nobel Prize in 1984
单克隆抗体的生产方法
1.小鼠腹腔体内生产 2.生物反应器大规模生产 3.转基因动物体内生产
单克隆抗体的应用
1.医学研究 研究工具,如Western blot, Immunoprecipitation, ELISA等; 信号传导分子活性的阻断或促进剂,药物筛选等。
动物细胞培养过程
动物胚胎或幼龄动物的组织、器官
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有一定 弹性和韧性的组织和器官。
胰蛋白酶 单个细胞
加培养液
细胞悬浮液 原代培养
遗传物质 未改变
遗传物质 已改变
细胞株 细胞系
10 代细胞 50 代细胞 无限传代
传代培养
动物细胞培养特性
除单细胞原生动物外,细胞培养过程具有以下特性: ① 细胞生长缓慢,易受微生物污染,培养时需用抗生素; ② 动物细胞较微生物大得多.无细胞壁,机械强度低,适应环境能力差; ③ 培养过程需氧量少,且不耐受强力通风与搅拌形成的较大流体剪切力: ④ 在培养中,细胞相互粘连以集群形式存在,培养过程具有群体效应、锚地
动物细胞工程原理
动物细胞工程原理
动物细胞工程是一种新兴的技术,它利用现代生物学、生物工程学和细胞学的知识和技术,对动物细胞进行基因工程、细胞培养和分离等操作,以达到人类医学、生物制药、农业和环境保护等多个领域的应用。
动物细胞工程原理主要包括以下几个方面:
1.基因工程:利用人工合成或克隆的基因,通过转染、电转化、病毒载体等方式将其导入细胞内,实现对细胞内基因的改变和调控,从而获取所需的功能或物质。
2.细胞培养:利用细胞培养技术,将动物细胞培养在培养皿或生物反应器中,提供适宜的营养物质和环境条件,使细胞生长繁殖,从而大量生产所需的物质。
3.分离纯化:通过生化分离、柱层析、电泳等技术,将所需的物质从培养基或细胞内分离纯化出来,以达到高纯度和高质量的要求。
4.质量控制:对于生产的物质,需要进行质量控制,包括物质的纯度、活性、稳定性和安全性等方面的检查,以确保生产出的物质符合规格和标准要求。
动物细胞工程技术在生物制药、基因治疗、组织工程、动物遗传改良和环境保护等领域具有广阔的应用前景。
动物细胞工程在动物生物技术中的应用
动物细胞工程在动物生物技术中的应用
动物细胞工程是一门交叉学科,是利用细胞、分子生物学、遗传工程、生物化学等多
种学科的理论和技术手段,对动物细胞进行改良和利用的一门学科。它广泛应用于动物生
物技术领域,可以制备生物制品、诊断试剂和治疗药物等,为人类健康服务。
动物细胞工程可以用于生产高效的生物制品,如重组蛋白、抗体、疫苗等。其中,生
产重组蛋白的应用最为广泛,这些重组蛋白主要用于治疗疾病和生产生物科研试剂等。目
前世界上许多常见疾病的治疗都使用重组蛋白进行治疗,如癌症、冠心病、糖尿病等。利
用动物细胞工程生产的重组蛋白,无论是活性还是纯度都比传统生产的要高。此外,利用
动物细胞工程技术,还可以生产单克隆抗体、抗血清等产品。
动物细胞工程技术还可以制造大量复杂的诊断试剂,包括酶联免疫吸附试验(ELISA)、免疫荧光等诊断试剂。这些试剂对于疾病的快速诊断有着关键作用。例如,利用动物细胞
工程技术生产的诊断试剂可以在体内检测出艾滋病病毒、肝炎病毒等,而传统检测方法需
要等待数天时间。此外,利用动物细胞工程技术,还可以用于制造临床检测器具及其他临
床用品。
动物细胞工程技术在治疗药物中还可以应用于基因治疗和干细胞治疗。利用动物细胞
工程技术可以改变宿主生物体的基因组,实现治疗效果,这被称为基因治疗。可以通过基
因修饰技术获得特定细胞线,从而生产需要的细胞治疗药物,这被称为干细胞治疗。
总结
综上,动物细胞工程已经成为一个广泛应用于生物技术领域的重要技术手段。利用这
种技术可以生产复杂的生物制品,例如重组蛋白、单克隆抗体和抗血清等。同时,还可以
动物细胞工程(课件)-高二生物人教版(2019)选择性必修3
细胞A
细胞B
物理法 化学法 灭活的病毒
仙台病毒 疱疹病毒 新城鸡瘟病毒
因为灭活的病毒失去 了感染的能力,但其 病原体的抗原结构并 没有被破坏。
为什么细胞融合 杂种过细程胞中使用的病
毒需要灭活?
植物体细胞杂交技术和动物细胞融合的比较:
小
比较项目 植物体细胞杂交 动物细胞融合
结
1
原理
细胞膜的流动性、细胞膜的流动性 植物细胞全能性
A.②④
B.①③⑤
C.①②③④
D.②③
6.“生物导弹”是指
(D )
A.单克隆抗体
B.杂交瘤细胞
C.产生特定抗体的B淋巴细胞
D.在单克隆抗体上连接抗癌药物
有梦想,才会有创造!
生物种间杂交想像图
已成功的动物细胞融合实例有很多,如人—小鼠、 人—兔、人—鸡、鼠—兔、鸡—鼠等上百种融合细 胞。甚至已成功完成了酵母菌—鸡 、人—胡萝卜 等细胞的融合。
2.由_浆__(效__应__B__) 细胞产生
3.抗体的分布: ①血清(主要) ②组织液及外分泌液(如乳汁)
二、单克隆抗体
制备抗体的传统方法:
病原体
反复 注射
动物
从血清中 分离得到
抗体
(多克隆)
用乙肝病毒反复注射制备的抗体:
A
B
二、单克隆抗体
这种传统方法制备的抗体产量低、纯度低、特异性差 我们用这种抗体去检验某种疾病时,有时可能会出现 假阳性应。没有患乙肝的人被误诊为患了乙型肝炎。
生物制药工程:第四章-动物细胞工程制药
Biopharmaceutical (Biopesticide) Engineering
Review: 1. History of eukaryotic cell engineering 2. Physiological characteristics of animal
cells 3. Construction and screening of
该细胞是成纤维细胞,能产生胶原,培养基用 BME (Eagle’s basal medium)加小牛血清,pH控 制 在7.2。细胞的倍增时间为24h,有限寿命为50 代, 上世纪60年代被广泛用于制备疫苗。
(2)BHK-21:
1961年从5只生长1天的地鼠幼鼠的肾脏中分离的。 现在广泛采用的是1963年用单细胞分离的方法经 13次的克隆的细胞。
用杆状病毒 Baculovirus做载体的优点
构建质粒载体一般含有如下基本成分: ① 允许载体在细菌体内扩增的质粒序列。 ② 含有能使基因转录表达的调控元件。 ③ 能用以筛选出外源基因已整合的选择标记。
a. 仅适用于密切相关的突变细胞株,如tk基因 b. 显性作用基因,如neo基因
④ 有时还带有选择性增加拷贝数的扩增系统。
基因载体的导入和高效表达工程细胞株的筛选dna导入动物细胞的常用方法融合法化学法物理法病毒法细胞融合法dna磷酸钙沉淀法电穿孔法重组逆转录病毒介导法脂质体介导法deae葡聚糖法显微注射法重组dna病毒介导法原生质融合法染色体介导法基因枪法多瘤病毒样颗粒介导法微细胞介导法鬼影红细胞介导法细胞融合法
动物细胞工程四个技术
动物细胞工程四个技术
动物细胞工程是利用生物技术手段对动物细胞进行改造和利用,以满足各种需求和目的。在动物细胞工程中,有四个核心技术,分别是基因工程、细胞培养、细胞凋亡及体外受精。
一、基因工程技术
基因工程技术是指通过改变生物体遗传物质中的基因结构和组成,以创造新型生物材料及功能,为动物细胞工程提供了重要的基础。基因工程技术主要包括基因克隆、基因敲除及基因编辑等技术。利用基因工程技术可以改变动物细胞的内部环境,使其具备更强或更有特殊功能的相关基因,从而实现用于人类治疗或生产上的目的。
二、细胞培养技术
细胞培养技术是指在体外,通过一系列特定的培养条件和媒介,将动物细胞进行繁殖并生长的过程。细胞培养技术包括细胞的贴壁培养、悬浮培养、半悬浮培养等,并且在不同类型的细胞培养中会使用到不同功能的培养生物介质。细胞培养技术的应用范围广泛,可以用于生产生物制品、代替动物实验甚至遗传疾病的研究。
细胞凋亡技术也称细胞程序性死亡技术,是利用人工方法,使细胞在一定条件下触发内部信号和同步调控机制,达到自身死亡的目的。细胞凋亡技术在基因治疗、癌症治疗、免疫抑制和生物材料研究中有广泛的应用,如利用细胞凋亡技术制备新型生物材料、使用细胞凋亡技术恢复生物环境平衡。
四、体外受精技术
体外受精技术是指将人或动物体中的卵子和精子在体外培养培养的技术。体外受精技术广泛应用于人类生殖医学、动物繁殖及营养因子筛选等领域。目前,体外受精技术已经成为解决某些不孕症和遗传病以及生殖妇女年龄早期显著降低等问题的重要手段。
总之,四种技术对动物细胞工程的发展产生了重大的影响和推动作用。这些技术的发展和应用必将推动动物细胞工程向更为广阔的领域和更高的水平推进。
名词解释-动物细胞工程
1.细胞融合:又称为细胞杂交,指真核生物体细胞在体外培养条件下,用人工的方法,使两个或两个以上的细胞融合成一个双核或多核细胞的过程。分为同核融合细胞(相同细胞形成的融合细胞)和异核融合细胞(不同细胞形成的融合细胞)。
2.染色体工程:是人们按照一定的设计,有计划地消减、添加或代换同种或异种染色体的技术。广义上讲,它还包括染色体内部的部分遗传操作。
3.试管动物:是指利用精、卵体外受精、胚胎体外培养和移植获得的各种动物,又称体外受精动物。是试管动物从供体获得精子和卵子,经过成熟培养,在体外人工条件下受精,并经过一段早期发育,再将胚胎移植入受体的子宫内。
4.动物细胞工程:是借助物理、化学、生物等手段来更新细胞的遗传物质或通过受精卵细胞的改造而达到改造生物的遗传特性和生理功能的目的,从而有效提高动物的生产性能和产品质量。因此,动物细胞工程技术的应用,在当前提高动物生产性能方面已成为最基本、最重要的技术措施之一。
5.生物技术:又称生物工程或生物工艺学,是以生物科学的原理为基础,利用生物体系和工程学原理,按照人们设计的蓝图,改良或加工生物体,以提供商品和社会服务的综合性技术科学。生物技术是生物科学和工程技术的发展在非常精密有效的基础上结合在一起,形成的多学科综合的结果。
6.细胞工程:是应用细胞生物学、发育生物学和分子生物学的理论和技术,按照人们的需要,有计划、大规模的培养生物组织和细胞,以获取生物及其产品。或改变细胞的遗传组成,以产生新的种或品种,为社会和人类提供服务。
7.抗体:是一种免疫球蛋白,当机体受到细菌、病毒或其它抗原攻击时,B淋巴细胞就增殖、产生对这些抗原相应的抗体。
202203222《动物细胞工程》测试题
一、单选题(本大题共12小题,共60分)
1.一般来说,动物细胞体外培养需要满足以下条件( )
①无毒的环境②无菌的环境③合成培养基需加血清
④温度与动物体温相近⑤需要O2,不需要CO2
A. ①②③④⑤
B. ①②③④
C. ①③④⑤
D. ①②④⑤
2.下列技术或方法与原理相符的是()
A. 人参细胞的大量培养和动物细胞培养--细胞增殖
B. 植物组织培养和单克隆抗体的制备--细胞的全能性
C. 早期胚胎培养和人鼠细胞融合--细胞膜的流动性
D. 转基因抗虫棉和克隆羊多利的培育--基因重组
3.下列关于动物细胞工程的说法错误的是()
A. 动物细胞培养瓶内表面要光滑、无毒、易于贴附
B. 胚胎细胞核的移植成功率远高于体细胞核移植
C. 动物细胞融合标志着动物细胞全能性的实现
D. 单克隆抗体的最主要优点是特异性强,灵敏度高,能够大量制备
4.某生物兴趣小组的同学测定药物对体外培养细胞的毒性,准备对小鼠的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进
行培养.下列说法正确的是()
A. 利用胃蛋白酶处理两种肝组织块后可得到肝细胞悬液
B. 细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行,CO2的作用是刺激细胞的呼吸
C. 甲、乙细胞在持续的原代培养过程中,乙会出现停止增殖的现象
D. 该试验中用到的培养液也能用来培养乙肝病毒
5.下面两幅图分别是单克隆抗体制备过程和克隆羊培育过程示意图,错误的是()
A. 图甲和图乙所示的过程中,都必须用到的动物细胞工程技术手段是动物细胞培养
B. ②③过程中至少涉及两次筛选,,第一次筛选只是利用了选择性培养基进行筛选,第二次筛选只经过专一抗体检
动物细胞工程 名词解释综合
细胞工程(Cell engineering):是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法,通过某种工程学手段,在细胞整体水平或细胞器水平上,按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。
转基因动物(Transgenic Animals):一种生物(通常是老鼠),将外来基因转入其体内成为其基因组的一部分。引入的基因先被分离出来并设计使其携带适当片段。然后将这段基因注入受精卵
试管婴儿:采用人工方法让卵细胞和精子在体外受精,并进行早期胚胎发育,然后移植到母体子宫内发育而诞生的婴儿。
性别控制(sex control):通过对动物的正常生殖过程进行人为干预,使成年雌性动物产出人们期望性别后代
人工器官:暂时或永久性地代替身体某些器官主要功能的人工装置。
动物克隆:动物克隆是一种通过核移植过程进行无性繁殖的技术。发育早期的动物胚胎细胞,或成年动物的体细胞,经显微手术移植到去掉细胞核的卵母细胞中之后,在适当的条件下,可以重新发育成正常胚胎。
光学显微镜:光学显微镜是利用光学原理,把人眼所不能分辨的微小物体放大成像,以供人们提取微细结构信息的光学仪器
显微结构:在普通光学显微镜中能够观察到的细胞结构。
组织工程(tissue engineering):组织工程师应用工程学和生命科学的原理来研究开发生物代替物,用于恢复,维持或者改进组织的生物学功能。
细胞学说(cell theory):
1>所有生物都是由一个或多个细胞组成的(1838,Scheiden&Sehwann);
2>细胞是生物形态结构和功能的基本单位(1838,Scheiden&Sehwann);
动物细胞工程 知识点汇总
专题2 细胞工程 2.3 动物细胞工程知识点汇总
1. 动物细胞培养
(1)概念:动物细胞培养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,让这些细胞生长和繁殖。
(2)动物细胞培养的流程:取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。
(3)细胞贴壁和接触抑制:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。细胞数目不断增多,当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时,细胞就会停止分裂增殖,这种现象称为细胞的接触抑制。
(4)动物细胞培养需要满足以下条件
①无菌、无毒的环境:培养液应进行无菌处理。通常还要在培养液中添加一定量的抗生素,以防培养过程中的污染。此外,应定期更换培养液,防止代谢产物积累对细胞自身造成危害。
②营养:合成培养基成分:糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。
③温度:适宜温度:哺乳动物多是36.5℃+0.5℃;pH:7.2~7.4。
④气体环境:95%空气+5%CO
2。O
2
是细胞代谢所必需的,CO
2
的主要作用是
维持培养液的pH。
(5)动物细胞培养技术的应用:制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞。
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物
(1)哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植(比较容易)和体细胞核移植(比较难)。
(2)选用去核卵(母)细胞的原因:卵(母)细胞比较大,容易操作;卵(母)细胞细胞质多,营养丰富。
动物细胞工程技术
动物细胞工程技术
动物细胞工程技术是一种涉及生物学、生物技术、化学、工程学等多学科的综合技术,主要目的是利用现代生物工程技术手段制造出高纯度、高效率的生物制品,以满足医药、
生物学研究、工业等领域的需求。动物细胞工程技术涉及广泛,主要包括细胞培养、基因
工程、重组蛋白、单克隆抗体等多个方面,下面就对这些方面做一下简单的介绍。
一、细胞培养
生物领域中,动物细胞培养起到了至关重要的作用。通过体外培养,我们可以控制培
养环境,从而使某些组织或细胞进行生理学实验,用于研究肿瘤的形成、药物毒性等。此外,细胞培养也是动物细胞工程技术中其他方面的前提。
细胞培养受到一些重要的因素的影响,包括培养基和组织细胞。培养基内有一系列溶质、成分和营养物质,能够支持细胞的生长、增殖、生理学功能和代谢活动的正常实现。
组织细胞来源可以是成体细胞或胚胎干细胞。在细胞培养中,还需要考虑生长动力学、传
质驱动力、流体流动、传热和气体传递等工程学因素。
二、基因工程
基因工程已经成为了现代生物技术中不可或缺的一部分。利用基因工程技术可以针对
特定的基因进行操作,从而达到对特定功能的调控、改善或增强的目的。基因工程专业涉
及许多实验室技术,包括PCR、DNA序列化、合成基因、重组DNA等。
基因工程技术应用广泛,特别是在药物研究和生产中。举个例子,利用基因工程技术
可获得抗体,有助于身体抵御流感和病毒等感染。基因工程技术还可用于工业基础研究、
新药研发和基于基因优化的婴儿高科技。
三、重组蛋白
由于细胞生长环境的丰富程度及复杂性,使得生产蛋白范围广泛。利用基因工程的方法,人们能够从细胞内提取精细的蛋白,以达到需要的目的。例如,疫苗中的细菌毒素、
高二生物选修三2.2动物细胞工程知识点
高二生物选修三2.2动物细胞工程知识点
动物细胞工程
动物细胞工程常用技术:动物细胞培养
细胞核移植
动物细胞融合单克隆抗体的制备
其中动物细胞的培养,是动物细胞工程的基础,也即动物细胞培养是细胞核移植,动物细胞培养,单克隆抗体的制备的基础。
动物细胞培养
1.概念:就是从动物机体中取出相关组织,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。
2.原理:细胞增殖
3.动物细胞培养过程
动物组织块
剪碎组织
用胰蛋白酶处理
分散成单个细胞
制成细胞悬液
原代培养
原代培养
4.细胞贴壁:悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,(单层)
要求:培养瓶(皿)内表面光滑无毒易于贴附。
接触抑制:细胞在贴壁生长过程中,随着有丝分裂,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。
原代培养:动物组织消化后的初次培养称为原代培养。
特点:10代以内,能保持正常的二倍体核型。
目前使用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。
传代培养:原代培养接触抑制时用胰蛋白酶处理后的分瓶培养称
之为传代培养。
细胞株:10-50代,遗传物质没有发生改变
细胞系:50代后,遗传物质发生改变
5.细胞培养条件
(1)
无菌,无毒
无菌:添加抗生素
无毒:定期更换培养,以便清除代谢产物,防止细胞代谢产物积累对细胞自身造成危害。
(2)
营养
糖,促生长因子,无机盐,氨基酸,血清,血浆,微量元素
加入血清,血浆的目的:血清,血浆可以补充培养基中缺乏的物质。
(3)
温度,pH
温度:36.5+0.5
动物细胞工程(知识梳理)
一、动物细胞与组织培养
4.培养类型: (1)原代培养: ①概念:从机体取出组织或细胞的 ,一般培 养10代左右; ②特点:细胞的 未发生很大改变; ③应用:药物测试、 等试验。 (2)传代培养:由于 的限制和 的消耗,导 致细胞生长和增殖减缓,需要将原代细胞培养的 细胞 ,转移到 中继续培养,一般可继续 培养 代左右。
准确、高效、简易、快速
治疗疾病和运载药物
主要用于治疗癌症治疗,单克隆抗体作为载体,运载抗 癌药物,形成“生物导弹”,准确杀伤癌变细胞。
“生物导弹” =单克隆抗体+药物
单抗导向,药物为弹 头
三、动物细胞融合与单克隆抗体
探究》》
1、比较植物体细胞杂交和动物细胞融合(完成表格)
细胞融合的原理 细胞融合的方法 诱导手段 用途 克服远源 杂交不亲 和,获得 。 获得 细胞、制 备 。
植物体 细胞杂 交
、
去除 细胞壁后诱导原 生质体融合
离心、电刺激 、振动、聚乙 二醇
除应用植物细 胞杂交手段外 ,还有 。
动物细 胞融合
用 使细胞 分散后诱导细胞 融合
三、动物细胞融合与单克隆抗体 2、制备单克隆抗体时,为什么要选用B淋巴 细胞和骨髓瘤细胞融合形成的杂交瘤细胞 ?在融合的过程中你可以找出几种类型的 细胞? 3、制备单克隆抗体的过程有两次筛选,两次 筛选的目的是什么?
二、细胞核移植与动物体细胞克隆 4.大致过程如下:(动物克隆)
动物细胞工程的基础
动物细胞工程的基础
动物细胞工程是一门多学科交叉的学科,利用多种生物和应用技术,用于模拟和改造动物细胞以及细胞的表观特征、基因组特征等。
它能够改变动物特性,从而辅助动物生产型改良、药物研究和重大资
源利用;以及对人类健康的直接或间接的功能和机制的研究。
动物细胞工程的基础包括细胞外因素技术、基因改造技术、模拟
细胞培养技术和转基因技术等。细胞外因素技术包括化学药物、激素
和气体共存条件的优化,以及促进蛋白质组学调控等;基因改造技术
包括对基因组、转录组和表观遗传调控等进行设计修改;模拟细胞培
养技术包括使用多种动物细胞和细胞构件,在获得期望功能的同时,
控制其形成三维空间结构;转基因技术包括综合利用多种转基因技术,调节其特性和功能。通过动物细胞工程技术,人们可以深入了解动物
的生物学机制,研究动物如何开发出适应这个复杂环境的生物学能力,以及细胞与器官间的相互作用。
动物细胞工程
动物细胞工程
动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞核移植、动物细胞融合、生产单克隆抗体等,其中动物细胞培养技术是其他动物细胞工程技术的基础。
动物细胞培养和核移植技术
动物细胞培养
动物细胞培养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。
动物细胞培养的过程:
(1)将组织分散成许多单个细胞(方法:从健康动物体内取出组织块,剪碎,用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理一段时间,这样组织就会分散成单个细胞)
(2)用培养液将分散的细胞稀释制成细胞悬液
(3)将细胞悬液放入培养瓶内,置于适当环境中培养(悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上,称为细胞贴壁。培养贴附性细胞时,细胞要能够贴附于底物上才能生长增殖,这就要求培养瓶或培养皿的内表面光滑、无毒,易于贴附。以后,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。
人们通常将底物组织消化后的初次培养称为原代培养。)(4)贴壁细胞用胰蛋白酶处理分散成单个细胞,制成细胞悬液,分瓶继续培养,让细胞继续增殖。(传代培养。传代培养的细胞
一般传至10代后就不易传下去了。一般来说,细胞在传至10~50
代左右时,增殖会逐渐缓慢,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,少部分细胞虎克服细胞寿命的
自然极限,获得不死性,这些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
通常为十代以内,以保持细胞正常的二倍体核型。)
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细胞工程第一讲
一、概述
1、细胞工程(cell engineering )定义
应用现代细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的原理方法与技术,按照人们的需要,在细胞水平上进行遗传操作,包括细胞融合、核质移植等方法,快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的生物工程技术。
2、细胞工程的研究内容
(1)动植物细胞和组织培养
植物细胞培养主要用于育种和代谢产物制备,日本等国家用生物反应器培养人参细胞生产有效药用成分。
动物细胞培养用于制备单克隆抗体、疫苗、生长因子等。
(2)细胞融合
改良性状,培育新品种
(3)染色体工程
细胞工程 动植物细胞和组织培养
细胞融合 染色体工程
胚胎工程 细胞遗传工程 器官培养 组织培养
细胞培养
(快速繁育和产物大量制备) (改良性状,培育新品种) (培育新品种,单倍体和多倍体)
(获得人们需要的成体) (无性繁殖,改变性状) 克隆 转基因技术
主要用于培育单倍体或多倍体新品种,如四倍体小麦,八倍体小黑麦
(4)胚胎工程
主要是获得人们需要的成体
如:胚胎分割技术、胚胎融合技术、卵核移植技术、体外授精技术等最成功应用于畜牧业获得优良品种与胚胎保存
对人类来说主要用于不孕症获得试管婴儿
(5)细胞遗传工程
克隆:无性繁殖,动物克隆指经无性繁殖而产生遗传性状完全相同的后代个体。
转基因技术:将外源基因整合到生物体内,能够表达并稳定遗传给后代的实验技术。
3、细胞工程的优势
(1)避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作,只需将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能够形成杂交细胞。
(2)不仅可以在植物与植物之间、动物与动物之间、微生物与微生物之间,甚至可以在三者之间形成前所未有的杂交物种。
4、细胞工程发展
(1)萌芽阶段---理论渊源和早期的尝试(20世纪初-30年代中期)德国植物生理学家Haberlandt在1902年提出植物细胞的全能性。认为植物细胞有再生出完整植株的潜在能力。
美国生物学家Harrison 是公认的动物组织培养的创始人,1907年,以淋巴液为培养基观察了蛙胚神经细胞突起的生长过程,
首创了体外组织培养法。
(2)奠基阶段---离体培养技术的建立( 20世纪30年代中期-50年代中期)
1934年美国植物生理学家White通过培养番茄根,建立活跃生长的无形繁殖系,并且在28年间转接培养1600代仍能生长。并正式提出植物细胞全能性学说。
1940年,Earle建立无限传代的小鼠结缔组织L细胞系;
1954年,美国微生物学家索尔克利用原代培养的猴肾细胞制备脊髓灰质炎疫苗并进入工业化生产。
(3)蓬勃发展阶段---各种新物种的出现(20世纪50年代末-至今)1958年,利用胡萝卜髓细胞形成了体细胞胚,并发育成完整植株。
1960年,植物原生质体和体细胞杂交成功。在育种及次生代谢产物生产方面飞速发展,
1958年,冈田善雄灭活的仙台病毒诱导肿瘤细胞融合,开创了细胞融合的崭新领域。
三色鼠:
绵山羊:
5、细胞工程的应用
(1)粮食与蔬菜生产
利用细胞工程技术进行作物育种,是迄今人类受益最多的一个方面。我国在这一领域已达到世界先进水平,培育出的水稻品种或
品系有近百个,小麦有30个左右。培育的新品种,具有抗倒伏、抗锈病、抗白粉病等优良性状。
(2)园林花卉
植物细胞工程技术使现代花卉生产发生了革命性的变化。
如:世界兰花市场上有150多种产品,其中大部分都是用快速繁殖技术得到的试管苗。从此,市场供应摆脱了气候、地理和自然灾害等因素的限制。至今,已报道的花卉试管苗有360余种。已投入商业化生产的有几十种。我国对康乃馨、月季、唐昌蒲、菊花、非洲紫罗兰等品种的研究较为成熟,有的也已商品化,并有大量产品销往港澳及东南亚地区。
(3)临床医学与药物
单克隆抗体并已成功地应用于临床治疗,主要是针对一些还没有特效药的病毒性疾病,尤其适用于抵抗力差的儿童。
人类体外受精技术的日趋成熟,使人类对生育活动有了较大的选择余地,促进优生优育,提高人口素质,也为不孕症患者或不宜生育的人带来福音。
生物药品主要有各种疫苗、菌苗、抗生素、生物活性物质,抗体等,是生物体内代谢的中间产物或分泌物。过去制备疫苗是从动物组织中提取,得到的产量低而且很费时。现在,通过培养、诱变等细胞工程或细胞融合途径,不仅大大提高了效率,还能制备出多价菌苗,可以同时抵御两种以上的病原菌的侵害。
(4)繁育优良品种
目前,人工受精、胚胎移植等技术已广泛应用于畜牧业生产,使优良公畜、禽的交配数与交配范围大为扩展,并且突破了动物交配的季节限制。
另外,可以从优良母畜或公畜中分离出卵细胞与精子,在体外受精,然后再将人工控制的新型受精卵种植到种质较差的母畜子宫内,繁殖优良新个体。
综合利用各项技术,如胚胎分割技术、核移植细胞融合技术、显微操作技术等,在细胞水平改造卵细胞,有可能创造出高产奶牛、瘦肉型猪等新品种。
6、细胞工程产业化发展前景
(1)新兴高技术产业(2)细胞工程产品的应用人生长激素、促红细胞生成素、溶血栓药物、MAb
(3)医学治疗基因治疗、人造器官、干细胞治疗、体细胞治疗、抗癌免疫细胞治疗
二、体外培养细胞的分型
1、悬浮型细胞(suspend cell)
不需要贴附在支持物上,而是呈悬浮状态生长。
细胞悬浮生长时胞体为圆形。细胞悬浮培养的优点是细胞生存空间大,生长时间长,能繁殖出大量细胞。观察细胞病变时不如贴壁细胞方便。
2、贴壁型细胞(anchorage-dependent cell)
细胞必须贴附在某一固相支持物上才能生长。
贴壁型细胞又分为4种