组织培养的知识基础课件.ppt
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- 组织培养 知识 基础 课件
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1、第二章第二章 组织培养技术的知识基础组织培养技术的知识基础一、组织培养的概念及评价一、组织培养的概念及评价1.概念:概念:Tissue culture P5 广义广义:器官培养:器官原基或部分器官在离体条件下,使之生器官培养:器官原基或部分器官在离体条件下,使之生 存生长保持一定功能的方法。存生长保持一定功能的方法。组织培养:取自生物体的组织块,切碎后离体培养。组织培养:取自生物体的组织块,切碎后离体培养。细胞培养:用一定方法,使组织解离成分散游离的细细胞培养:用一定方法,使组织解离成分散游离的细 胞,离体培养。胞,离体培养。狭义狭义:即指细胞培养,指人工模拟体内环境,使离体细胞生即指细胞培养
2、,指人工模拟体内环境,使离体细胞生存,增殖,并维持一定的结构和功能的方法。存,增殖,并维持一定的结构和功能的方法。2、对组织培养技术的评价、对组织培养技术的评价在生命科学中广泛应用,经久不衰在生命科学中广泛应用,经久不衰n从德国人从德国人Roux(1885)至今已有一百多年的历史至今已有一百多年的历史n在生命科学各领域是一项最基础的实验技术,在生命科学各领域是一项最基础的实验技术,已经形成自己的理论体系。已经形成自己的理论体系。n应用范围:应用范围:生物基础生物基础:细胞代谢与生理机能,细胞增殖,:细胞代谢与生理机能,细胞增殖,细胞遗传,细胞凋亡,细胞信号传导。细胞遗传,细胞凋亡,细胞信号传导
3、。医学基础医学基础:生理、药理、病理、免疫、肿瘤、:生理、药理、病理、免疫、肿瘤、血液学、遗传病。血液学、遗传病。应用研究应用研究:育种,药物研发,生物制品,细胞:育种,药物研发,生物制品,细胞 工程,基因工程等。工程,基因工程等。组织培养技术的优点组织培养技术的优点n可长期提供生活细胞材料实验观察,甚至生物母体可长期提供生活细胞材料实验观察,甚至生物母体已经死亡之后(细胞冻存)已经死亡之后(细胞冻存)n可供培养的细胞种类十分广泛,所有细胞生物的体可供培养的细胞种类十分广泛,所有细胞生物的体细胞,从胚细胞细胞,从胚细胞-成体细胞(正常与疾病)成体细胞(正常与疾病)n便于配合使用各种实验技术,如
4、:各种光镜、电镜、便于配合使用各种实验技术,如:各种光镜、电镜、组织化学、同位素标记。各种物、化、生物因子作组织化学、同位素标记。各种物、化、生物因子作用等。用等。n增殖迅速,可人为杂交,甚至远缘杂交。增殖迅速,可人为杂交,甚至远缘杂交。n可同时提供大量生物性状相似的研究对象,离体细可同时提供大量生物性状相似的研究对象,离体细胞某些遗传性状保持相对稳定,仍保持完整的基因胞某些遗传性状保持相对稳定,仍保持完整的基因组。组。组织培养的局限性组织培养的局限性n细胞离体培养,模拟体内环境的局限性(神经细胞离体培养,模拟体内环境的局限性(神经体液调节、免疫调节、细胞间的互作)。体液调节、免疫调节、细胞间
5、的互作)。n离体细胞发生变异不可避免,其生命活动规律离体细胞发生变异不可避免,其生命活动规律不能与体内细胞等同,所以实验结果不可等同不能与体内细胞等同,所以实验结果不可等同于体内实验。于体内实验。n细胞实验模型不能取代动物模型和临床实验。细胞实验模型不能取代动物模型和临床实验。二、离体培养细胞的生物学特点二、离体培养细胞的生物学特点(一)、离体细胞的差异和分化(一)、离体细胞的差异和分化1.差异差异:离体培养细胞:离体培养细胞n细胞在体内时的分化特征减弱,形态、机能趋细胞在体内时的分化特征减弱,形态、机能趋单一化,如腺细胞分泌功能丧失;肾、肌、血单一化,如腺细胞分泌功能丧失;肾、肌、血管细胞均
6、成纤维细胞化。管细胞均成纤维细胞化。n需进入持续增殖状态才能长期生存,所以衰退需进入持续增殖状态才能长期生存,所以衰退死亡加速。死亡加速。n某些细胞可能转化成不死细胞系,在适宜条件某些细胞可能转化成不死细胞系,在适宜条件下获永生性。下获永生性。2.分化分化:n呈去分化趋势,表现为原体内细胞的特化功能呈去分化趋势,表现为原体内细胞的特化功能丧失,形态归一,胚样细胞转化。(分化特征丧失,形态归一,胚样细胞转化。(分化特征的暂时性丧失和永久性丧失)的暂时性丧失和永久性丧失)n有潜在的诱导新的分化方向的能力有潜在的诱导新的分化方向的能力 条件条件 如:白细胞如:白细胞 转化成可合成转化成可合成Hb的细
7、胞的细胞 微生素微生素A酸酸某白血病细胞株某白血病细胞株 向正常白细胞状态转化向正常白细胞状态转化据此可进行细胞分化的条件和控制机制的研究据此可进行细胞分化的条件和控制机制的研究n仍保留体内细胞在寿命上的分化状态仍保留体内细胞在寿命上的分化状态胚细胞胚细胞 可传代可传代50代以上(代以上(300cycles)成人细胞成人细胞 可传代可传代30代以上(代以上(150cycles)老年人细胞老年人细胞 相应缩短相应缩短病危人细胞病危人细胞?某些细胞离体条件下可获永生性某些细胞离体条件下可获永生性(二)、离体培养细胞的形态学分类(二)、离体培养细胞的形态学分类 离体培养细胞的分类不同于体内,首先据其
8、在培离体培养细胞的分类不同于体内,首先据其在培养器中的生长特征分成两大类:养器中的生长特征分成两大类:P71.悬浮型细胞悬浮型细胞:离体培养时,细胞不贴附于支持物:离体培养时,细胞不贴附于支持物上生长增殖,而是悬浮于培养液中,呈球形上生长增殖,而是悬浮于培养液中,呈球形2.贴附型细胞贴附型细胞:细胞离体培养时,依赖于贴附培养:细胞离体培养时,依赖于贴附培养器底壁才能增殖,依据形态特征又可分为:器底壁才能增殖,依据形态特征又可分为:1)成纤维型:细胞贴壁后与体内成纤维细胞形态)成纤维型:细胞贴壁后与体内成纤维细胞形态相似的一类细胞。相似的一类细胞。形态形态:呈棱形或不规则三角形,细胞间隔不定,细
9、呈棱形或不规则三角形,细胞间隔不定,细胞质外伸突起,细胞核卵圆形,细胞增殖达一定胞质外伸突起,细胞核卵圆形,细胞增殖达一定密度后呈火焰状单层生长密度后呈火焰状单层生长 起源:起源:由中胚层分化起源的组织细胞,体内时由中胚层分化起源的组织细胞,体内时形态各异,离体后形态归一。如:心肌细胞,形态各异,离体后形态归一。如:心肌细胞,平滑肌细胞,成骨细胞,血管细胞,肾细胞,平滑肌细胞,成骨细胞,血管细胞,肾细胞,输尿管细胞,生殖系细胞等输尿管细胞,生殖系细胞等2)上皮型细胞)上皮型细胞 P7 图图2-1 形态形态:贴壁后,细胞呈扁平,不规则多角形,:贴壁后,细胞呈扁平,不规则多角形,圆形细胞核居中,细
10、胞间排列紧密,间隔均匀。圆形细胞核居中,细胞间排列紧密,间隔均匀。起源起源:由内外胚层分化的组织细胞。如:消:由内外胚层分化的组织细胞。如:消化道上皮细胞,肝、胰腺、肺气管上皮细胞、化道上皮细胞,肝、胰腺、肺气管上皮细胞、尿道和膀胱上皮细胞等。尿道和膀胱上皮细胞等。肺泡肺泡型上皮细胞型上皮细胞 3)游走型细胞:散在生长,活跃游动,变形。)游走型细胞:散在生长,活跃游动,变形。贴壁后不成片,在一定条件下,可类似成纤维贴壁后不成片,在一定条件下,可类似成纤维细胞形,也可呈多角形,类上皮型细胞。细胞形,也可呈多角形,类上皮型细胞。4)多形型细胞:指某些无规律性的形态特征的)多形型细胞:指某些无规律性
11、的形态特征的细胞。如:神经组织细胞。细胞。如:神经组织细胞。游走型细胞游走型细胞 多形型细胞多形型细胞(三)不同生长状态培养细胞的形态学鉴定(三)不同生长状态培养细胞的形态学鉴定 健康生长健康生长 生长不良生长不良 恶性转化恶性转化光镜下:伸展好光镜下:伸展好 折光性弱折光性弱 细胞皱缩折光性强细胞皱缩折光性强 伸展差伸展差 折光性强折光性强 均质透明均质透明 细胞轮廓明显细胞轮廓明显 核膜核仁轮廓明核膜核仁轮廓明显显 结构轮廓不明显结构轮廓不明显 细胞质中有空泡细胞质中有空泡 核糖体颗粒丰富核糖体颗粒丰富 核质比例小核质比例小 颗粒颗粒 核质比例增大核质比例增大 核仁小而少核仁小而少 2n体
12、体 核仁增多核仁增多 单层生长单层生长 细胞可重叠生长细胞可重叠生长 2n体体 异倍体常见异倍体常见电镜下:细胞表面微绒毛少电镜下:细胞表面微绒毛少 微绒毛增多微绒毛增多 细胞质中微管微丝规则细胞质中微管微丝规则 微管微丝紊乱微管微丝紊乱(四)离体细胞的生长增殖规律四)离体细胞的生长增殖规律 细胞离体培养时,表现出不同于体内的生长、增细胞离体培养时,表现出不同于体内的生长、增殖规律殖规律1.离体培养细胞的生命期特点离体培养细胞的生命期特点 p9n离体细胞的生命期离体细胞的生命期:指从组织取材,细胞接种培养,指从组织取材,细胞接种培养,经原代培养期、传代期,持续生长增殖,直至细经原代培养期、传代
13、期,持续生长增殖,直至细胞增殖停滞、死亡经历的时间。大多胞增殖停滞、死亡经历的时间。大多2n体离体细体离体细胞可传代胞可传代30-50代。代。n细胞传代:细胞在培养液中增殖达一定密度后,细胞传代:细胞在培养液中增殖达一定密度后,需进行分瓶再接种,更换培养液,再培养。这一需进行分瓶再接种,更换培养液,再培养。这一过程叫细胞传代。过程叫细胞传代。n细胞周期:概念同体内细胞,传一代一般增殖细胞周期:概念同体内细胞,传一代一般增殖3-6个细胞周期。个细胞周期。n离体培养细胞的生命周期曲线(见离体培养细胞的生命周期曲线(见P9图图2-2)(图略)(图略)原代培养期:从体内组织取材,细胞接种,到第一原代培
14、养期:从体内组织取材,细胞接种,到第一次传代止。次传代止。历时历时:1-4周(不同类型细胞,不一)周(不同类型细胞,不一)特点特点:细胞异质性强,活跃迁移,细胞暂时不分:细胞异质性强,活跃迁移,细胞暂时不分 裂,贴壁后才开始分裂,与体内组织相似性裂,贴壁后才开始分裂,与体内组织相似性 大,适于药物研究。大,适于药物研究。传代培养期传代培养期:原代细胞一经传代则进入持续增殖,原代细胞一经传代则进入持续增殖,定期传代过程,直至增殖缓慢以致完全停止。定期传代过程,直至增殖缓慢以致完全停止。历时历时:2n体细胞一般可传体细胞一般可传30-50代,一般每周传代,一般每周传 1-2代。代。特点特点:细胞增
15、殖旺盛,需及时传代。建立细胞系:细胞增殖旺盛,需及时传代。建立细胞系 一一 般在般在10代内冻存,持续传代可能发变代内冻存,持续传代可能发变 异,有的可产生永生细胞系。异,有的可产生永生细胞系。衰退期:衰退期:从细胞增殖缓慢从细胞增殖缓慢 停止停止 死亡死亡 特点特点:细胞仍然生存,但在换液后,优越环境下:细胞仍然生存,但在换液后,优越环境下 也不再增殖,细胞死亡。也不再增殖,细胞死亡。2.传代期细胞的一代生长过程(见传代期细胞的一代生长过程(见P10图图2-3)1)潜伏期:)潜伏期:n概念概念:细胞接种后,先呈悬浮状态游离于培养液中:细胞接种后,先呈悬浮状态游离于培养液中 细胞贴壁过程细胞贴
16、壁过程 细胞贴壁后,有一个暂不增殖的潜伏阶段。细胞贴壁后,有一个暂不增殖的潜伏阶段。n细胞贴壁过程细胞贴壁过程:促贴附物质被吸附于支持物表面:促贴附物质被吸附于支持物表面 c膜表面阴电荷与支持物表面阳电荷互作膜表面阴电荷与支持物表面阳电荷互作 c膜蛋白参与贴附过程膜蛋白参与贴附过程,c牢固贴壁。牢固贴壁。n影响贴壁的因素影响贴壁的因素:支持物表面质量和清洁度:支持物表面质量和清洁度 促贴壁物质,纤维连接素促贴壁物质,纤维连接素 c膜表面蛋白特性膜表面蛋白特性2)指数增殖期:是一代细胞增殖旺盛阶段直至细)指数增殖期:是一代细胞增殖旺盛阶段直至细胞培养器生长面被细胞铺满一层。胞培养器生长面被细胞铺
17、满一层。n细胞增殖率:指某一刻,增殖细胞占细胞增殖率:指某一刻,增殖细胞占c总数的比总数的比例例n细胞增殖率的极限点和细胞数增大极限点细胞增殖率的极限点和细胞数增大极限点n指数增长期:一代细胞活力最佳期,是用于各种指数增长期:一代细胞活力最佳期,是用于各种实验的最佳期。实验的最佳期。3)平顶期:又称停滞期,细胞培养的生长面达饱)平顶期:又称停滞期,细胞培养的生长面达饱和密度,产生接触抑制作用,增殖近停止,或可和密度,产生接触抑制作用,增殖近停止,或可认为增殖细胞数与死亡细胞数达成平衡。认为增殖细胞数与死亡细胞数达成平衡。特点特点:细胞增殖停止,代谢继续,营养枯竭,产:细胞增殖停止,代谢继续,营
18、养枯竭,产 物堆积,物堆积,PH下降,如不及时传代,则细下降,如不及时传代,则细胞胞 产生毒化效应而死亡。产生毒化效应而死亡。3.细胞周期和细胞增殖动力学细胞周期和细胞增殖动力学1)50年代以来传统的细胞周期概念年代以来传统的细胞周期概念2)新细胞增殖动力学理论)新细胞增殖动力学理论 (板图示之略)(板图示之略)体内外细胞都存在的两种基本状态:增殖态体内外细胞都存在的两种基本状态:增殖态 功能态功能态增殖态细胞进行:细胞质复制、细胞核复制、增殖态细胞进行:细胞质复制、细胞核复制、细胞分裂三个连续过程,完成一次称细胞分裂三个连续过程,完成一次称1个细胞个细胞周期。周期。G1 S G2 M共同构成
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