细胞工程原理绪论.ppt

细胞工程原理Cell Engineering,南京林业大学生物工程系Bioeng Depart Nanjin Forestry University,2023/10/17,2,细胞工程原理,2023/10/17,3,细胞工程原理,Magic of stem cell!,2023/10/17,4,What is stem cell and why it is so different?,细胞工程原理,2023/10/17,5,绪论微生物细胞工程植物细胞工程动物细胞工程总结与讨论,主要内容,细胞工程原理,2023/10/17,6,第一章绪论,课程的目的和要求学科研究的内容及意义学科的发展关键技术及研究热点细胞的结构与细胞器的功能,细胞工程原理,细胞工程原理,1.课程的目的及要求,学科的定义：应用细胞生物学和分子生物学方法，通过类似于工程学的步骤，在细胞整体水平或细胞器水平上，有目的地改变细胞内的遗传物质以获得新型生物或细胞产品。课程目的：介绍细胞工程的主要技术原理、实验设备，在科研和社会生产中的实际应用及未来发展趋势。课程要求：了解细胞工程的主要内容及其发展方向，掌握关键技术的技术原理，熟悉当前的应用现状。,2023/10/17,8,细胞工程原理,课程讲授的主要内容,绪论植物细胞工程（植物组织培养、植物细胞培养、植物原生质体培养与细胞融合、植物人工种子）动物细胞工程（细胞与组织培养，组织工程，胚胎工程，转基因动物）微生物细胞工程染色体工程细胞拆合与重组向细胞内引入高分子物质,2023/10/17,9,细胞工程原理,教材与参考书,李志勇，细胞工程，科学出版社，2003罗立新，潘力，郑穗平，细胞工程，华南理工大学出版社，2003,2023/10/17,10,课程的目的和要求学科研究的内容及意义学科的发展关键技术及研究热点细胞的结构与细胞器的功能,细胞工程原理,绪论,2023/10/17,11,细胞工程原理,2.学科研究的内容及意义,研究内容：以细胞及细胞器为研究对象，主要包括：细胞融合，核/质移植，细胞器摄取、染色体/片段重组/移植、组织/细胞培养等。涉及的细胞器及其他对象：染色体，细胞核，原生质体，受精卵，胚胎，组织或器官,2023/10/17,12,细胞工程原理,意义：人工培养和控制生物细胞，让细胞生产出人类需要的各种物质（代谢产物与新型生物功能、新的细胞、组织、器官及物种/生物体）主要研究方法：应用细胞生物学、发育生物学、遗传学和分子生物学的原理和方法，通过工程学手段，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,2023/10/17,13,细胞工程原理,技术特点与优势：不仅可在植物之间、动物之间、微生物之间进行杂交，而且还可以克服不同界之间的界限形成杂交物种与基因工程相比：避免了分离、提纯、剪切和拼接等基因操作步骤，可直接将细胞内遗传物质转移到受体细胞中注：转基因动物被划入细胞工程。原因：其对象和技术方法与植物与微生物明显差异。,2023/10/17,14,细胞工程原理,与其他生物工程学科之间的关系图解,基因工程,细胞工程,发酵工程,蛋白质工程,酶工程,生化工程,转基因,动植物细胞培养,产 品,生物反应器与分离工程,酶制剂应用或生产,2023/10/17,15,植物组织培养,植物体细胞杂交,动物细胞融合与单抗技术,动物细胞培养,干细胞工程,胚胎工程与组织工程,核移植与克隆技术,植物细胞工程技术,动物细胞工程技术,细胞工程原理,植物细胞移植,2023/10/17,16,Discussion,细胞工程原理（学）与细胞生物学的区别？与细胞生理学的区别？与细胞遗传学的区别？与发育生物学的区别？与分子生物学的区别？,细胞工程原理,2023/10/17,17,附1：Cytobiology,运用近代物理学和化学的技术成就，以及分子生物学的方法、概念，在细胞水平上研究生命活动的科学，其核心问题是遗传与发育。更是一个领域：核心问题在细胞水平将发育与遗传结合起来，不局限于一个学科的范围；与许多学科都有交叉，难分界限细胞生物学未来的拓展：除了关于各细胞组分的结构与功能，以及对各种生命现象的研究还要继续深入外。“基因有序地选择性表达的原因”可能会成为今后重点研究的问题，此外“细胞社会学”也会越来越受到重视。,细胞工程原理,2023/10/17,18,附2：Cytophysiology,细胞学和生理学相结合产生的学科，主要研究内容包括：细胞从周围环境中摄取营养的能力、代谢功能、能量的获取、生长发育和繁殖的机理，以及细胞受环境的影响而产生的适应性和运动性活动关键技术：细胞离体培养技术,细胞工程原理,2023/10/17,19,附3：Cytogenetics,是最早发展起来的遗传学科，属遗传学与细胞学相结合的边缘学科，主要从细胞的角度，特别是从染色体的数目、形态、结构和行为，以及染色体与其他细胞器之间的关系，来研究真核生物的遗传现象。早期着重研究：分离、重组、连锁、交换等遗传现象的染色体基础，以及染色体畸变和倍性变化等的遗传效应，并涉及各种生殖方式如孤雌生殖、无融合生殖和单性生殖等的遗传学和细胞学基础。衍生出的一些分支学科：体细胞遗传学、细胞器遗传学、分子细胞遗传学、进化细胞遗传学、医学细胞遗传学等。,细胞工程原理,2023/10/17,20,附4：Molecular biology,从分子水平（生物大分子，特别是蛋白质和核酸结构功能研究，是分子生物学的基础）研究生物大分子的结构与功能，从而阐明生命现象本质的科学。意义：在分子水平上揭示了生命世界基本结构和生命活动根本规律的高度一致，揭示了生命现象的本质。其概念和观点已经渗入到基础和应用生物学的每一个分支领域，带动了整个生物学的发展，使之提高到一个崭新的水平,细胞工程原理,2023/10/17,21,附5：Developmental Biology,研究生物体从精子和卵子的发生、受精、发育、生长到衰老死亡的生命过程中的变化机理的科学。主要内容：原始生殖细胞的发生，配子发生和形成，受精，动物的胚胎发育及其基因表达；胚泡移植及试管婴儿；早期发育及其基因表达调控。胚胎诱导和胚胎细胞分化，胚胎形态发生的细胞基础，细胞程序性死亡。器官发生及其基因表达调控。变态及其基因表达和调控。衰老的分子机制，性别决定和分化，细胞核移植，转基因动物在发育生物学中的应用，癌基因与发育。,细胞工程原理,2023/10/17,22,细胞工程原理,理论基础：植物细胞的全能性常用技术手段：植物组织培养，植物细胞培养，植物体细胞杂交植物组织培养：应用于快速繁殖、培育无病毒植物，通过大规模的植物细胞培养来生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等植物体细胞杂交：是用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法细胞移植：染色体工程，染色体组工程,2.1 植物细胞工程的研究内容,2023/10/17,23,细胞工程原理,常用的技术手段：动物细胞培养（干细胞）、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等细胞拆合：细胞质工程，通过物理或化学方法将细胞质与细胞核分开，再进行不同细胞间核质的重新组合，重建成新细胞。60 年代童第周取出鲤鱼卵细胞核移进鲫鱼去核卵细胞中，育出鲫鲤鱼，生长快个大味美。后又育出鲫金鱼。动物细胞培养：大规模的动物细胞培养获得大量的分泌蛋白，如抗体/单克隆抗体、病毒疫苗、干扰素等。动物细胞工程技术的基础动物细胞融合：最重要的用途是制备单克隆抗体 McAb，用单个B淋巴细胞进行无性繁殖克隆形成细胞群，有可能产生出化学性质单一、特异性强的单克隆抗体。应用：“生物导弹”,2.2 动物细胞工程的研究内容,细胞工程原理,常用的技术手段：大规模细胞培养，细胞器移植、细胞融合、基因工程菌构建大规模细胞培养：极限条件下的细胞培养、筛选与应用（环保）、具有生物活性和医用价值的代谢产物高效生物合成；细胞器移植：细胞拆合，染色体工程，染色体组工程；细胞融合：创造新的种质资源；基因工程菌株构建,2.3 微生物细胞工程的研究内容,2023/10/17,25,课程的目的和要求学科研究的内容及意义学科的发展关键技术及研究热点细胞的结构与细胞器的功能,细胞工程原理,绪论,2023/10/17,26,细胞工程原理,3.学科的发展,植物细胞工程动物细胞工程微生物细胞工程当前的关键技术及研究热点,2023/10/17,27,细胞工程原理,（1）植物无性繁殖系的建立和植物细胞全能性假说 1934年，White PR.，番茄种子发芽至根长2厘米，切取0.51.5厘米根尖进行无菌液体培养，根段发生并迅速生长。10天后再从后者切取根段进行培养也可发生生长。如此不断切取培养发现可无限制地繁殖，即从一个根段，可以获得许多完全相同的离体根，建立了世界上第一个植物无性繁殖系。提出：植物体的每一个细胞，包括体细胞，都具有发育成完整个体的潜能植物细胞全能性假说：每一个植物细胞都含有该物种所具有的全套基因，全套基因的表达才能产生完整的植物体。但此后很长时间，植物细胞全能性假说一直未得到试验的证明。,3.1 植物细胞工程学的发展,2023/10/17,28,细胞工程原理,（2）植物细胞全能性学说的证明 19521953年，美国，Steward FC.，胡萝卜根的人工悬浮培养细胞系，发现单个细胞能象受精卵发育成胚一样的途径发育成完整植株。这是一种细胞工程水平上的无性繁殖系，证实了植物细胞全能性学说植物细胞全能性学说的广泛应用：可以植物体的任何一种活的细胞、组织、器官，经过体外人工培养获得完整植株，并产生许多植物体。己用于工厂化生产花卉、作物(如甘蔗)的试管苗，并用于选育新品种。,2023/10/17,29,细胞工程原理,（3）从单个体细胞培养成完整植株Steward不是采用单个体细胞，因此存在缺陷。1954年，Muir MR.，将烟草愈伤组织置于固体培养基上，在其上放一片滤纸，然后再在滤纸片上放上一个烟草体细胞，经培养获得了完整植物体，在单个细胞水平上证明了植物细胞的全能性学说。1971年，Takebe，采用酶解法获得烟草叶肉细胞的原生质体，并培养再生出完整植株，首次证实植物原生质体的全能性。植物细胞的全能性被彻底证实,2023/10/17,30,细胞工程原理,（4）单细胞无性繁殖系的获得1972年，Sharp W.R.等，用番茄花粉粒，采用看护培养法，获得了单倍体无性繁殖系（5）植物原生质体分离和细胞杂交 1960年，英国，Cocking E.C.,用酶水解植物细胞壁分离原生质体成功，使植物细胞可以象动物细胞一样进行细胞融合。此后进行了许多植物种间、属间的细胞融合，获得了一些杂种植物：地上结番茄地下生马铃薯的杂种植物。但果实和块茎都很小，无法用于生产。其他的细胞杂交工作至今未获得预想结果。,2023/10/17,31,细胞工程原理,（6）转基因植物：细胞融合牵涉到两套染色质的整合，获得杂种细胞十分困难从80年代，转向将1个或数个有用基因（包括动、植物，微生物）转移到植物细胞中去，然后再将细胞培养成完整植株，从而获得转基因植物，培育新品种方法：是将目的基因构建重组质粒，然后将重组质粒引入土壤农杆菌，并将目的基因交换到农杆菌质粒上。再用该农杆菌感染植物细胞，使目的基因整合到植物细胞的染色体组中，最后将细胞培养成完整转基因植物全世界已获得数百种转基因植物：1994年，抗虫(已转入苏云金杆菌毒蛋白基因)的棉花、抗病毒(已转入病毒外壳蛋白基因)的水稻、延缓果实成熟(已转入乙烯合成酶、ACC合成酶反义DNA)的番茄等用于生产；抗除草剂的大豆、改良品质的玉米、抗真菌的马铃薯等即将用于生产。正在研究动物、人体中的抗体基因转入植物，如香蕉。,2023/10/17,32,细胞工程原理,2023/10/17,33,细胞工程原理,细胞工程原理,May 11th,2006，日本大阪，世界玫瑰花大会,蓝色翠雀花素需“黄酮类化合物35-氢氧化酶”,2023/10/17,35,细胞工程原理,（1）卵细胞培养成成体 19511959年，我国细胞生物学家朱冼等，用直径1013微米的玻璃针刺激去卵膜的蟾蜍卵细胞（生殖细胞），在世界上首次培养出25只蟾蜍成体，即没有父亲的癞蛤蟆。它们最长的可活8个月体细胞能否通过培养获得动物体呢？动物细胞是否也具有全能性？每个动物细胞，包括体细胞都具有该物种的全套基因是不容怀疑的，但从体细胞直接培养成动物成体至今尚未成功。为了证明动物细胞也具有全能性，生物学家进行了大量的细胞核移植试验。,3.2 动物细胞工程学的发展,细胞工程原理,（2）用胚胎细胞克隆哺乳动物 1986年，英国科学家魏拉德森，用绵羊的8细胞胚胎细胞(在8细胞胚胎之前的细胞才能表现全能性)做供核细胞，羊的卵细胞做供质细胞，结果重组细胞能发育成羊成体，此后又相继用胚胎细胞克隆出牛、鼠、兔、猴等动物。实质：并非复制雄性或雌性绵羊本身，而是复制它们的后代，因此试验还存在一定的不足或缺陷。中国，用胚胎细胞克隆哺乳动物，80年代末克隆兔；1991年西北农业大学和江苏农学院克隆羊；1993年中国科学院发育研究所与扬州大学农学院克隆山羊；1995年华南师大和广西农业大学克隆牛。湖南医学院克隆鼠。,细胞工程原理,细胞工程原理,（3）绵羊多莉英国，维尔穆特，1997。从白面母绵羊A取乳腺上皮细胞静息培养，然后用它作供体细胞获得细胞核；以黑面母绵羊B移去核的卵细胞作受体细胞；上述核与质融合成重组细胞；将重组细胞培养成胚胎；将胚胎植入母羊C的子宫，获得了性状与A完全一样的白面克隆绵羊。经DNA分析，克隆绵羊(多莉)与供体细胞完全一样，即完全复制了白面母绵羊A。生物学意义：是证明了哺乳动物的体细胞也具有全能性。人们可以用这种技术快速、大量繁殖优良品种、珍稀动物，还可以将各种有用基因转入供体细胞的细胞核，通过克隆培育具有新性状的经济动物个体。可以用这种转基因动物，以乳汁、蛋白质等的形式，生产食品、药品，造福于人类缺陷与不足：尚未解决直接从体细胞培养成成体的问题，仍然还需借助于卵细胞即要依赖卵细胞的细胞质。尽管如此，他们的试验，即他们的克隆技术具有很大的、潜在的经济意义。,2023/10/17,39,细胞工程原理,细胞工程原理,（4）转基因动物1980年，戈登(Gordon IW)等，应用显微注射法首次成功地将重组的外源基因直接注射到小鼠雄原核中，获得了转基因鼠1982年，帕尔米特(Palmite R.D)，分别将小鼠金属硫蛋白基因启动子与大鼠生长激素结构基因和人生长激素结构基因融合，并导入小鼠受精卵中，获得了生长超过正常小鼠的超级小鼠，揭开了用外源基因转移方法培育动物新品系的序幕1985年，我国朱作言首次报道转基因鱼，并于1986年将含人生长激素的重组质粒导入泥鳅，转基因泥鳅的生长速度比对照提高34.6倍1989年，莱维特拉诺(Lavitrano M)等用小鼠成熟精子作载体，将DNA导入小鼠卵细胞，获转基因小鼠。1992年，同样方法获得含有外源抗冻蛋白基因的转基因金鱼已获转基因的动物：线虫、果蝇、海胆、两栖类、鱼类、小鼠以及家养动物兔、猪、绵羊、牛等。美国DNA公司致力于开发人造血液，转基因猪生产的人血红蛋白含量已达9，有望达到30；美国环球基因公司，用转基因奶牛生产人乳铁蛋白,细胞工程原理,细胞诱变细胞融合基因重组大规模、高密度细胞培养和发酵,3.3 微生物细胞工程学的发展,2023/10/17,42,课程的目的和要求学科研究的内容及意义学科的发展关键技术及研究热点细胞的结构与细胞器的功能,细胞工程原理,绪论,细胞工程原理,4.关键技术及研究热点,动物细胞融合干细胞工程动物组织工程动物克隆（植物）染色体（组）工程：大规模植物（动物）细胞培养,2023/10/17,44,细胞工程原理,cell fusion：又称细胞杂交（cell hybridization），指用人工方法使2种或2种以上的体细胞合并形成一个细胞，不经过有性生殖过程而得到杂种细胞的方法。在自然情况下，体内或体外培养细胞间所发生的融合，称为自然融合。在体外用人工方法（使用融合诱导因子）促使相同或不同的细胞间发生融合，称为人工诱导融合。1975年，Milstein koenler将小鼠骨髓瘤细胞与羊红血球免疫过的小鼠淋巴细胞融合形成杂种细胞能分泌抗羊红血球抗体，用于制备单克隆抗体，获得了1984年诺贝尔生理和医学奖,4.1 细胞融合,2023/10/17,45,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1984for the discovery of the principle for production of monoclonal antibodies,Georges J.F.Kohler Federal Republic of Germany Basel Institute for Immunology Basel,Switzerland b.1946 d.1995,Car Milstein Argentina and United Kingdom MRC Laboratory of Molecular Biology Cambridge,United Kingdom b.1927(in Bahia Blanca,Argentina)d.2002,细胞工程原理,2023/10/17,46,细胞融合与细胞杂交,细胞工程原理,2023/10/17,47,细胞工程原理,抗原决定基,脾,血浆,骨髓瘤,2023/10/17,48,细胞工程原理,繁殖,2023/10/17,49,细胞工程原理,细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能-“万用细胞”。三种干细胞：全能干细胞 可直接克隆动物；多能干细胞可分化复制各种脏器和修复组织。单能干细胞在细胞培养技术的基础上发展起来的一项新的细胞工程。利用干细胞的增殖特性，多分化潜能及其增殖分化的高度有序性，通过体外培养干细胞、诱导干细胞定向分化或利用转基因技术处理干细胞以改变其特性的方法,4.2 干细胞工程,2023/10/17,50,Story of stem cell,1967年，美国华盛顿大学，多纳尔托马斯，报告：如果将正常人的骨髓移植到病人体内，可以治疗造血功能障碍干细胞研究是从血液系统开始的。1998年11月，美国威斯康星大学，科学，已成功地使人类胚胎干细胞在体外生长和增带动了世界范围内的干细胞研究热潮。干细胞生物工程的曙光：体外培育所需的组织细胞，取代病人体内的坏损组织细胞。1999年12月，美国，美国科学院院刊，小鼠肌肉组织的成体干细胞可以“横向分化”为血液细胞。世界各国相继证实成体干细胞，包括人类的成体干细胞具有可塑性为干细胞的临床应用开辟了更为广泛的空间。利用人类胚胎干细胞的限制：第一，取自人类胚胎引发出一系列伦理和法律问题；第二，异体细胞移植存在的免疫排斥问题。2000年5月，日本启动“千年世纪工程”，干细胞工程为核心技术的再生医疗成为这项工程的四大重点之一，第一年度投资金额达108亿日元。2001年1月，英国议会上院通过法案，允许科学家克隆人类早期胚胎，并利用它进行医疗研究。2001年4月，美国，从病人臀部和大腿处抽取的脂肪中，含有大量类似干细胞的细胞，这些细胞可以发育成健康的软骨和肌肉等有可能使脂肪成为干细胞的主要来源,细胞工程原理,细胞工程原理,主要研究内容：胚胎干细胞：如建立ES细胞系并利用ES细胞的发育多能性（即环境因素对细胞分化发育的影响），定向诱导细胞分化为特定的细胞如肌细胞、神经细胞等作为细胞移植的新来源。成体干细胞：主要包括成体组织干细胞的分离培养和体内植入，更新机体病变的组织器官恢复正常功能；并用干细胞作为基因治疗的靶细胞；研究体内有效活化组织干细胞的方法，增强其功能。神经干细胞：是神经元、星形胶质细胞和少突（寡突）胶质细胞这三种细胞的祖先，理论上在一定条件下一个神经干细胞能够大量增殖并分化成组成整个大脑和脊髓的全部细胞，因此被公认为治疗中枢神经系统损伤的非常理想的种子细胞。,干细胞工程主要研究内容,细胞工程原理,干细胞工程主要研究内容,2023/10/17,53,细胞工程原理,2023/10/17,54,细胞工程原理,1996,CHN,曹宜林,2023/10/17,55,细胞工程原理,4.3 动物组织工程,Cell and Tissue Engineering allows one to repair or replace the function of natural tissue with bioengineered substitutes.Principles of engineering,chemistry,and biology are combined to create tissue substitutes from living cells and synthetic materials.,Tissue Engineered Skin,New Companies:Advanced Tissue Sciences,Inc.Organogenesis,细胞工程原理,2023/10/17,57,Ross Granville Harrison 18701959,组织培养之父American biologist and anatomist,Ph.D.Johns Hopkins,1894.He went to Yale as professor of comparative anatomy in 1907 and held various honorary positions there until his death.He is known for his work on nerve development in the embryo and on nerve regeneration as well as for his discovery of a method of tissue culture that permits study of isolated living cells in a controlled environment.,Elizabeth R.Harrison,M.D.,one of the first women to graduate from the School of Medicine and pediatrician to three generations of New Haven children,celebrated her 103rd birthday on November 2.She was the daughter of Ross Granville Harrison.Having been exposed to her fathers work,Harrison had no qualms about performing her first human dissection in medical school.“All you did was take a scalpel and move the muscle and isolate it and report it on the chart.There wasnt anything to be squeamish about,”she recalls.“My father had taken us tadpole hunting and wed worked with live animals,so I didnt think anything of it.”,细胞工程原理,2023/10/17,58,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1912in recognition of his work on vascular suture and the transplantation of blood vessels and organs,Alexis Carrel(18731944)France Rockefeller Institute for Medical Research,New York,NY,USA,细胞工程原理,2023/10/17,59,The Journal of Experimental Medicine,Vol 13,416-421,Copyright,1911CULTIVATION IN VITRO OF THE THYROID GLAND Alexis Carrel 1 and M.T.Burrows 1 1 From the Laboratories of the Rockefeller Institute for Medical Research,New York,Tumors and cancer cells were grown in flasks for the first time early in the 20th century.Pioneers Alexis Carrel(photo)and Montrose Burrows developed the first long-term tissue cultures in 1911.Burrows coined the phrase tissue culture to describe their procedure.National Library of Medicine,Montrose Thomas Burrows,细胞工程原理,2023/10/17,60,细胞工程原理,100 years:Development of tissue culture techniques 1880/82 S Ringer-regular pulsation of frogs heart in balanced salt solution1885 W Roux-chick embryo medullary plate maintained in warm saline1903 J Jolly-detailed observations of cells in vitro1907 R Harrison-hanging drop cultures;M Burrows flask technique1926 T S P Stangeways&H B Fell-watch glass technique1928 H B&M C Maitland-tissue fragment cultures for vaccine1933 A Carrel&G O Gey-roller tube cultures1949 J F Enders,F C Robbins&T H Weller-growth of polio in human embryonic tissue1953 W F Scherer,J T Syverton&G 0 Gey-dispersal of HeLa cells using trypsin A W Frisch&Jentoft-dispersal of monkey testicular tissue with trypsin1954 J S Younger-preparation of trypsin dispersed monkey kidney cells Zwilling-use of versenate for disruption of cell monolayers,2023/10/17,61,We didnt know what to call this new field of interdisciplinary science,until suggested by Y.C Fung in 1987.Definition:Tissue Engineering is now defined as,“an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and life sciences toward the development of biological substitutes that restore,maintain,or improve tissue function(NSF definition)To achieve the ultimate goal in tissue engineering,what is required is the systematic and coherent incorporation and integration of other disciplines,including cell biology,molecular biology,materials science,and engineering.,What is Tissue Engineering?,细胞工程原理,2023/10/17,62,Are there differences between cell engineering and tissue engineering?The UIC BioE Department website provides the following:“cell and tissue engineering are very complementary to one another as research in these fields often blends together.For example,cellular engineers use engineered scaffolds to study how cells adhere to surfaces and the impact the characteristics of the surface can have on cellular process such as cell proliferation and migration.Tissue engineers then use this knowledge to determine how best to coat the surface of their scaffolds to stimulate cells to perform as they desire.”It is then accurate to state that Cell&Tissue engineering is a better description of the newly emerged and exciting interdisciplinary field of biological and physical sciences.,What is Cell Engineering?,细胞工程原理,2023/10/17,63,Different Perspectives of C&T Engineering,Cell Biology:The fundamental function and structure begin at the cell level.Understanding of cellular responses will be the key.Molecular Biology:Human Genome Project has been completed.Identify the key genes involved in tissue repair/regeneration.Material Sciences:Characterize the material properties of tissues and design tissue substitutes that match the material property specs.Engineering:Based on the physical properties of natural tissues,design models to predict the function and integrity of tissue substitutes over time.C&T Engineering:All of above have to be incorporated and integrated for rationally designed and optimized tissue substitutes.,细胞工程原理,2023/10/17,64,组织工程图示,細胞,生長因子,多孔性鷹架(生醫材料),體外長成組織或器官之後再植入病人缺損部位,细胞工程原理,2023/10/17,65,细胞工程原理,2023/10/17,66,动物克隆：通过无性繁殖由一个细胞产生一个和亲代遗传性状一致、形态非常相像的动物。可分为胚胎细胞克隆和体细胞克隆两种手段。主要的技术流程：通过核移植构建成重组胚,通过体内或体外培养、胚胎移植,产生与供体细胞基因型相同的后代。转基因动物（Transgenic animal）：在基因组内稳定地整合以实验方法导入的外源基因，并且使外源基因可以稳定地遗传给后代。,细胞工程原理,4.4 动物克隆,2023/10/17,67,细胞工程原理,2023/10/17,68,HANS SPEMANN 1935 Nobel Laureate in Medicine for his discovery of the organizer effect in embryonic development.1869-1941 Residence:Germany Affiliation:University of Freiburg im Breisgau,细胞工程原理,2023/10/17,69,细胞工程原理,细胞工程原理,2023/10/17,71,细胞工程原理,按照预先的设计，添加、消除或替代同种或异种染色体的全部或一部分，从而达到定向改变生物遗传性状或选育新品种的目的。从染色体水平改变细胞遗传组成的细胞工程技术目前主要应用于植物遗传育种领域。,4.5 染色体/组工程,2023/10/17,72,细胞工程原理,2023/10/17,73,例：多倍体育种技术,Polyploid breeding：利用人工诱变或自然变异等，通过细胞染色体组加倍获得多倍体育种材料，用以选育作物新品种的技术。在细胞中具有3个或3个以上染色体组的生物体称多倍体。由同一物种所形成的多倍体称为同源多倍体。经不同物种间杂交、加倍后形成的多倍体称为异源多倍体。由于染色体组数目不同，多倍体可分为三倍体、四倍体、五倍体、六倍体、八倍体等。在蔬菜育种中，多倍体育种不仅用于选育丰产、优质新品种，获得无子果实和创造新物种，还可作为克服远缘杂交不育和杂种不稔性有效手段,细胞工程原理,2023/10/17,74,染色体组工程之：多倍体育种技术发展简史,1916年，温克勒（H.Winkler）在番茄与龙葵的嫁接试验中发现，在愈伤组织长成的枝条中有番茄的四倍体1937年，布莱克斯利（lee）和埃弗里（）利用秋水仙素诱发曼陀罗四倍体获得成功以后，各国相继展开人工诱发多倍体的试验研究。1947年，木原均、西山市三，利用三倍体无子西瓜之研究，三倍体无子西瓜选育成功1959年，西贞夫等利用四倍体结球甘蓝和四倍体白菜杂交，成功地育成双二倍体新种“白蓝”。目前，已有1000多种植物获得多倍体。中国于20世纪50年代开始多倍体育种的研究。70年代以来，蔬菜多倍体育种取得许多重要进展，已培育出三倍体、四倍体西瓜，四倍体甜瓜以及萝卜、番茄、茄子、芦笋、辣椒