细胞工程与免疫技术

细胞工程
Chapter 1
诞生期：20世纪70年代
1956—1959年，斯沃尔（Swarup）利用低温处理 三棘刺鱼获得了三倍体，并饲养至性成熟。
1959年，美籍华人科学家张明觉首次获得了第一 个体外受精动物——试管兔。 1962年，凯普斯提克（Capstick）等成功地进行 了仓鼠肾细胞的悬浮培养，为动物细胞大规模培 养技术的建立提供了基础。
1965年，德偌贝提斯（Derobetis）将其编著的 “普通生物学”改为“细胞生物学”是细胞生物 学诞生的一个标志。 随着动植物组织培养、细胞融合技术的不断完善， 以及在细胞核移植、动物克隆、三倍体育种、体 外受精等方面的尝试，理论科学“细胞生物学” 的诞生，最终推动了20世纪70年代前后细胞工程 这门新兴学科的形成。
克隆视频 Chapter 1
Ａ母黑脸绵羊
Ｂ母白脸绵羊 乳腺细胞
多 莉 羊 的 培 育 过 程
卵细胞
细胞质 细胞核移植
细胞核 融合后的卵细胞 卵裂 早期胚胎 胚胎移植
C母黑脸绵羊子宫 妊娠 分娩 多莉羊（白脸）
• 细胞融合与细胞核移植比较
克隆羊多莉重生：英国培育出四只复制品
全球首只克隆猫ＣＣ和“妈妈”在一起
1997年，英国利用成年动物体细胞克隆出绵羊“多莉”， 证明了高等动物体细胞的全能性，这是细胞工程历史上的 一个里程碑式的成果。之后，小鼠、牛、猪等均成功获得 了体细胞克隆动物后代。 1998年，美国科学家成功分离建立了人的胚胎干细胞系， 极大地促进了干细胞研究热点的形成。
第三节 细胞工程的主要技术
1977年，英国采用胚胎工程技术成功培育出世界首例 试管婴儿。
1981年，埃文斯（M.J.Evans）和科夫曼（Kanfman） 成功地分离到小鼠胚胎干细胞。
1983年，帕尔米特（Palmiter）和布林斯特（Brinster） 将大鼠生长素基因转入小鼠培育出生长快的超级小鼠。 1984年，丹麦科学家维拉德森（Villadsen）成功利用胚 胎细胞克隆出一只绵羊，这是首次证实的通过核移植技 术克隆的哺乳动物。 1987年，美国科学基金会提出组织工程（Tissue Engineering）概念，目前，细胞疗法、组织修复和人造 组织器官已经成为当今生物与医学结合的热点领域。
2.细胞融合技术（细胞杂交）
指两个或两个以上的细胞融合形成一个细胞的过程。 自然融合
人工诱导融合： 例子：白菜-甘蓝
单克隆抗体
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白菜
甘蓝
白菜-甘蓝
优点：生长期短，耐热性强，和易储藏等。
863计划——生物技术领域
细胞工程
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植物细胞工程主要研究范畴
植物组织、细胞、器官培养及其应用 外植体 过程 离体的植物器官、组织或细胞
脱分化 愈伤组织 植物激素：细胞分裂 素、生长素
4. 染色体工程
是把单个的染色体或染色体组转入或移出受体细胞， 从而形成新的染色体组合和遗传构成。
• 现代生物技术包括 • 基因工程、酶工程、细胞工程和发酵工程
生物技术将是未来经济发展的新动力 第一次技术革命 第二次技术革命 工业革命 解放人的双手 信息技术 扩展人的大脑
第三次技术革命
生物技术 改造生命本身
生物科学成为当今世界自然科学的
热点和重点，主要由于两方面的原因：
(1)二十世纪后叶，分子生物学领域一系列突破性成 就，使生命科学在自然科学中的地位发生了革命性的变 化。 (2)建立在实验室研究基础上的生物技术的发展为人 类带来了巨大的利益和财富。
1.细胞与组织培养技术 2.细胞融合技术 3.细胞核移植（拆合技术） 4.染色体工程 5.胚胎工程 6.干细胞与组织工程 7.转基因生物与生物反应器
1.细胞与组织培养技术
动物细胞和植物细胞在 结构上有所不同，其细 胞培养技术和程序相同 吗？
细胞培养(cell culture): 细胞的离体培养
组织培养(tissue culture): 组织的离体培养
世界第一只克隆宠物
北京第2头克隆牛诞生 生命源于牛耳细胞
讨论
• 人是否能克隆？如何克隆人？？
（ 1 ）既然绵羊的体细胞可以被成功地克隆成一个 新的个体，是否意味着人类也可以克隆自己呢？ （2）是否应该允许进行克隆人的实验？
• 克隆技术的应用
• 课后思考：克隆多莉为什么要用到3只羊？
快速发展期： 20世纪70年代——至今
• 原生质体融合 • 试管婴儿 • 转基因动植物 • 体细胞克隆 • 干细胞 • 组织工程
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快速发展期：20世纪70年代——至今
1973年，古谷树里（Furuya）等通过培养人参细胞生 产人参皂苷，开创了植物活性物质生产的新途径。 1975年，科勒（Kohler）和米尔斯坦（Milstein）成 功构建能分泌单克隆抗体又能体外大量增殖的杂交瘤 细胞，从而建立了小鼠淋巴细胞杂交瘤技术。
细胞工程
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诞生期： 20世纪70年代期
• 随着动植物组织培养、 细胞融合技术的不断 完善 ， • 在细胞核移植、 动物克隆、三倍体育种、体外受精 等方面的尝试 • 理论科学“细胞生物学”的诞生 • 最终推动了细胞工程这门新兴学科的形成
1965年，哈里斯（Harris）和沃特金斯 （Watkins）进一步证明灭活的病毒在适当条件 下可以诱导动物细胞融合。 20世纪70年代初，华裔加籍科学家高国楠发现聚 乙二醇可以促使植物原生质体融合，因此，植物 细胞融合技术初步建立。
1960年，兰花等植物无性繁殖获得成功，开辟了 利用植物组织培养快速繁殖植物的有效途径。 1972年，美国科学家卡尔森（Carlson）等人用 NaNO3作为融合诱导剂进行烟草原生质体融合， 获得了世界上第一个体细胞杂种植株。
下列各图表示单克隆抗体制备过程的各阶段图解，请用箭头把代表各图 解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来，顺序是
应用
• 产生新的植株 • 单克隆抗体
• 动物与植物的细胞 可以发生融合吗？
例子：人骨癌-拟南芥 意义：改造植物染色体用于农业
3.细胞核移植（拆合技术）
利用显微镜操作技术将细胞核 与细胞质分离，然后再将不同 来源的核与质重组，形成杂合 细胞。 一头全白的小羊羔，依偎 在生下它但与它毫无血缘关 系的代孕母亲——一头苏格 兰黑脸羊旁边，这张著名的 照片向世人显示，生物技术 的新时代来临了。
再分化 根、芽 植物体
植物体细胞杂交（原生质体融合） 植物染色体工程与转基因技术
动物细胞工程
动物细胞培养及应用 细胞融合与单克隆抗体
主要研究领域
核移植与动物克隆
胚胎工程与染色体工程
干细胞与转基因动物
细胞工程的特点
• 前沿性：现代生物技术的热点 • 争议性：新技术给伦理道德带来的冲击 • 综合性：多学科交叉
细胞工程：以细胞为对象，应用生命科学理论，借助工程学 原理与技术，有目的的利用或改造生物遗传性状，以获得特 Chapter 1 细胞工程 定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术。
细胞工程的分类
按研究对象分类 微生物细胞工程（发酵工程） 植物细胞工程 动物细胞工程
细胞工程与其他现代生物技术的关系
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药品生产的应用
动物疫苗、生长激素等
例：从转基因羊的羊奶 中提取出治疗心脏病的 药物tPA（纤溶酶原催化剂）
tPA：tissue plasminogen activator
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种植业中的应用
用携带外源基因的农杆菌Ti质粒转化植物原生质体， 使外源DNA与植物染色体DNA整合，通过原生质 体的培养分化成愈伤组织，最后发育成具有新性状 的完整植株—转基因植物
• 应用性：工程类课程，重在产品与技术
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第二节 细胞工程的发展历史
Modification
20 Century
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探索期：19世纪末——20世纪中期
• 动物
• 1885年，卢克斯（Roux）发现鸡的神经细胞在生 理盐水中可以存活，并使用了“组织培养”一词。 • 1907年，美国生物学家哈里森（Harrison）从蝌蚪 的脊索中分离出神经组织，把它放在青蛙的凝固的 淋巴液中培养。蝌蚪神经组织存活了几周，并且从 神经细胞中长出了神经纤维，开创了 动物组织培养 的先河 。
细胞工程与免疫技术
第一章
• • •
绪论
本章要点： 掌握细胞工程的概念和框架； 掌握细胞工程的主要技术与应用
第一节 细胞工程基本概念
细胞工程 Cell Engineering
Cell: 研究对象或水平（细胞、细胞核、染色体、
受精卵、胚胎、组织或器官） Engineering: ① 借助工程学原理、技术、方法、 手段对细胞进行改造； ② 规模化生产（新品种 或产品）
细胞工程
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种植业中的应用
抗化学除草剂基因
转基因西红柿
固氮酶基因
人类DNA
……
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• ②动物方面： • 生产许多有应用价值的细胞产品，如疫苗、酶、激 素等。
• 铁皮石斛它是一种名贵的中药材，在民间，被誉为“救命 仙草”药界的“大熊猫”。由于新鲜铁皮石斛不宜保存， 鲜药由于其汁多鲜嫩，容易腐烂变质，特别是霉雨季节， 更不易保存，因此在大多数中药店和医院中药房中很少配 有鲜类药材，Байду номын сангаас皮石斛加工后干品称铁皮枫斗，其药效成 分主要是石斛多糖、石斛碱和总氨基酸等。能提高人体免 疫能力，增强记忆力，补五脏虚劳，抗衰老，抑制肿瘤， 改善糖尿病症状，抗缺氧，对放化疗以及夜生活、烟酒过 度者有显著效果。
• 细胞（组织）培养技术，是从体内取出细胞（或组织）， 模拟体内的生理环境，在无菌、适温和丰富的营养条件下， 使离体细胞（或组织）生存、生长并维持结构和功能。 答案：动物和植物细胞培养的基本技术和程序是相似的。
细胞与组织培养技术是细胞工程最基本技术！
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细胞与组织培养技术的应用 • ①植物方面： • 快速、大量繁殖一些有价值的苗木、花卉、药材和 濒危植物等，并可以在培养无毒苗、长期贮存种子 、细胞和原生质融合以及生产此生代谢产物方面发 挥作用。 • 例子：铁皮石斛
举例：基因工程与细胞工程的应用
基因工程分四个步骤:
得到期望的DNA片段 (目的基因) 与质粒重组
导入细胞
选择表达目的基因的 受体细胞
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生产稀少珍贵的蛋白质药物
1982年，美国食品与药物管理局批准了首例 基因工程产品——人胰岛素投放市场——它标 志了基因工程产品正式进入到商业化阶段。 人生长激素、表皮生长因子、肿瘤坏死因子、 a-干扰素、纤维素酶、抗血友病因子、红细胞 生成素、尿激酶原、白细胞介素-2、集落刺激 因子、乙肝疫苗等等
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• 基础理论——核心理论
细胞学说-动物植物都是由细胞构成，当提供与机体内一样的 条件时，每个细胞可独立生存与发展。
细胞全能学说-单个细胞具有培养成新个体的能力。 ——细胞工程的核心理论
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探索期：19世纪末——20世纪中期
• 植物
• 1937年，荷兰植物学家温特（Went）发现B族维生 素和生长素对植物根的生长具有促进作用。1937— 1938年，法国科学家高特里特 （Gautheret）和诺 比考特（Nobercourt）几乎同时离体培养了胡萝卜 组织，并使细胞成功增殖。因此，温特（Went） 、高特里特（Gautheret）和诺比考特（ Nobercourt）一起成为植物组织培养的奠基人