【生物课件】细胞培养.doc
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1、第一章 绪 论1、主要内容:讲述细胞培养的基本概念、细胞培养的优缺点及细胞培养的发展史2、目的要求:通过本章的学习,使学生掌握细胞培养的基本概念、细胞培养的优缺点,了解细胞培养的发展史。3、本章重点:1. 细胞培养的基本概念。 2. 细胞培养的优缺点。4、本章难点: 细胞培养的发展史5、教学方法:现场教学和多媒体相结合6、教具:图片、多媒体课件。一 细胞培养的概念w Cell culture (细胞培养) :细胞(包括单个细胞)在体外条件下的生长,称为细胞培养。实验室口语中,人们常将它扩展至组织培养与器官培养。(国际组织培养协会 ) 组织培养的概念w 组织培养(Tissue Culture)其
2、本意是指从体内取出组织和细胞,摹拟体内生理环境,在无菌、适当温度和一定营养条件下,使之生存和生长并维持其结构和功能的方法。 器官培养(Organ Culture),指的是应用和组织培养相似的条件,培养的是器官的原基、器官的一部分或整个器官,使之在体外生存、生长和保持一定功能的方法,以上三个层次的培养,又可统称之为体外培养(In Vitro)。w w 细胞培养 w 体外培养 组织培养w 器官培养二 对组织培养的评价:优点w 能长时间直接观察活细胞的形态结构和生命活动。w 便于使用摄影、摄电影和闭路电视等方法进行记录,直接观察活细胞变化。w 可供研究的细胞种类极其广泛。w 便于使用各种不同的技术方
3、法观察和研究细胞。(爬片)w 培养细胞携带有与体内细胞同等的基因组(Genome),是分子生物学和基因工程学的研究对象。w 易于施用物理、化学和生物因素等进行实验研究。(紫外线、药物)w 可同时提供大量生物性状相似的实验对象,耗资少,比较经济。w 已成为生物制品、单克隆抗体生产和基因工程制品等的生产手段。二 对组织培养的评价:缺点w 组织细胞离体以后,独立生存在人工培养环境中,尽管模拟体内技术发展很快,但与体内环境相比,仍有很大差异。三组织培养的诞生和发展简史 组织和细胞研究经历了四个世纪;组织培养的发展经历近百年。最早证明动物组织培养为一种有用的实验技术是在1907年三组织培养的诞生和发展简
4、史w 两种不同的观点:1.原始的胚胎神经元或神经细胞的细胞质向外突起而形成轴突 。2.连贯的链细胞融合便形成了轴突 三组织培养的诞生和发展.w Harrison根据他的研究结果,认为His和Cajal的假说可能是正确。w 设计出一种能在生活状态下直接观察正在生长的神经末端的方法.w Harrison首先解剖出蛙胚原始脊髓节段w 哈里森悬滴培养法。建立起一套合理的无菌操作技术。(淋巴)w 一般皆公认Harrison为“组织培养之父”,凹玻片悬滴制备培养技术,对生物学知识的研究做出十分重要贡献.w 1885年Wilhelm Roux把鸡胚组织培养于温盐水中,存活了几天。此外Arrold 于1885
5、年,jolly于1993年曾把青蛙和蝾螈的白细胞输注于生理盐水或血清中,观察到活细胞的运动三组织培养的诞生和发展w 美国医生M.T.Burrows,他Harrison实验室工作了数月,学习了这种技术 ,用鸡血浆代替淋巴。w 用胚胎浸出液和血浆混合w Carrel 反复传代的方法使细胞系存活34年。发明的卡氏培养瓶(Carrel flask) 三组织培养的诞生和发展w 人工合成培养基,无血清培养基的发展w 器官培养的发展w 应用国际组织培养协会统一规定的专业术语 w 1Cell culture (细胞培养) :细胞(包括单个细胞)在体外条件下的生长,称为细胞培养。在实验室口语中,人们常将它扩展至
6、组织培养与器官培养。w 2.Cell generation time(细胞一代时间) 单个细胞两次连续分裂的时间间隔。w 3Cell strain (细胞株) :通过选择法或克隆形成法从原代培养物或细胞系中获得的具有特殊性质或标志的培养物.w 4population doubling time(群体倍增时间):在对数生长期进行计算的细胞增加一倍所需的时间。w 5Passage (传代或传代培养) 不论是否稀释,将细胞从一个培养瓶转移或移植到另一个培养瓶即称为传代或传代培养。也称再培养。该词与subculture同义w 6Clone (克隆): 单个细胞通过有丝分裂形成的细胞群体,它们的遗传特性
7、相同。w 7.Cell line(细胞系)原代培养物经首次传代成功后即成细胞系。如果不能继续传代或传代数有限,可称为有限细胞系(finite cell line),如可连续传代,则可称为连续细胞系(continuous cell line),即“已建成的细胞系”(established cell line)8Primary culture (原代培养):从体内取出细胞或组织的第一次培养9. Anchorage-dependent(贴壁依赖性)为细胞需贴附于底物或支撑物上才能生长的性质。10.细胞杂交(cell hybridization):两个或多个不同的细胞融合,导致一个含核体的形成.课后作
8、业w 1.理解并掌握十个专业术语的意义。w 2.细胞培养的优点w 3.试述 Harrison 和Carrel在组织培养的发展史上所作的重大贡献。第二章 培养物的生长生物学1、主要内容:讲述体外细胞培养物的生长类型、体外培养物的细胞生物学特点以及影响体外细胞生长的几个因素2、目的要求:通过本章的学习,使学生掌握体外细胞培养物的生长类型、影响体外细胞生长的几个因素,熟悉体外培养物的细胞生物学特点。3、本章重点:1. 体外细胞培养物的生长类型。 2. 影响体外细胞生长的几个因素。4、本章难点: 体外培养物的细胞生物学特点5、教学方法:理论讲授和多媒体相结合6、教具:图片、多媒体课件。说明:1.本章共
9、分3节。以教师讲授,图片展示相结合,以利于学生理解解。引言: 培养物生长生物学特征具有两重性:1.基本生物学特征与体内的细胞相似。2.生长环境改变,失去了在体时有机体整体的生长调节机制。第一节 体外细胞培养物的生长类型先综合讲解分类,再逐类讲解按生长方式分两大类1.黏附型(上皮型细胞 ,成纤维型细胞 ,游走型细胞多形型细胞 )2.悬浮型基本概念黏附型细胞也称锚着依存性细胞(anchorage-dependent cells)是指由它们繁衍出来的细胞只有贴附于不起化学作用的物体表面时,才能生长,生存或维持其功能的细胞悬浮型细胞则是不必附着于固相支持物表面,而在悬浮状态下即可生长的细胞 1、黏附型
10、细胞按照培养细胞的主要形态,可将其分为几大类型:上皮型细胞 成纤维型细胞 游走型细胞 多形型细胞 1.1上皮型细胞主要形态学特征:扁平,形态较为规整,呈多角形,胞体近中央处有扁圆的细胞核;细胞之间相互衔接或呈镶嵌状紧密排列,呈现“铺路石样”。上皮型细胞的起源内胚层与外胚层的细胞,都可能呈现上皮型。(神经细胞起源于外胚层,培养时呈现多形型)。观察几种成纤维细胞的图片1.1.3体外培养的大鼠胸膜间皮细胞 图片1 304细胞株(脐带内皮细胞)图片2 304细胞株(脐带内皮细胞)1.2成纤维型细胞胞体大致呈梭形或不规则形。主要形态学特征是:细胞呈梭形、长条形、多角形或不规则形。多数情况下,细胞之间排列
11、疏松,有较大细胞间隙。也见相互平行排列,呈现放射状、漩涡状等走行 成纤维型细胞的起源:中胚层的细胞图片展示 人羊水细胞传代培养物,示成纤维型细胞成纤维型细胞(人成纤维母细胞株)小鼠脑细胞培养 (fibroblast-like cell)。1.3游走型细胞具有类似巨噬细胞样的特征。形态学特征:细胞相互分开 ;常具有胞质突起(伪足)。当细胞密度增大相互连接成片时,游走受限,形状上类似上皮型细胞或成纤维型的细胞。 游走型细胞来源具有吞噬作用的单核巨噬细胞系统的细胞。在植块培养时,这类细胞最先从植块迁移出来。1.4多形型细胞是一些形态上不规则的细胞,一般分胞体和胞突两部分。胞突为细长形。体外培养中最常
12、见的是神经元和神经胶质细胞 图片展示体外培养的大鼠大脑皮质少突胶质细胞,示多形型细胞 脐血中单个核细胞诱导分化后状态第二节 体外培养物的细胞生物学特点一|培养细胞分化状态的变化1.脊椎动物发育基本过程2.去分化或脱分化:有机体的细胞置于体外环境中培养时,原本各种各样的分化细胞,逐渐失去各自的形态与功能个性,表现出某种趋向性。3.体外培养的环境细胞结构与功能上的可塑性很大4.防止细胞去分化的措施:提高接种的细胞密度(高于105个/cm2)提高钙离子浓度(300-1500mol/L)使用诱导分化的激素(如氢化可的松)与/或生长因子5.防止细胞分化,促进细胞增殖的措施:低密度生长,低钙离子浓度(仅1
13、00-600 mol/L)加入细胞生长因子(如表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、血小板来源的生长因子 自发转化(transformation)细胞特征:然发生核型改变;转化细胞的性状可随着细胞分裂传递给子代细胞.二.培养细胞的增殖能力体外培养细胞的两大生命特征: 分裂增殖和生长发育三体外培养细胞的生长过程从总的过程讲,整个生命活动可分为:原(初)代培养期传(继)代培养期衰退期体外培养细胞的整个生命活动过程分期原代培养期概念:从体内取出组织细胞开始培养到第一次进行传代之前的这一段时期.一般为1-4周原代培养期特征:完成过渡和适应过程,恢复分裂增殖和生长发育能力.细胞呈现 异质性(heteroge
14、neous)细胞的结构和功能最接近在体时情况.原代培养期细胞主要生长生物学行为:1黏附和贴壁1).黏附(adherence) 是细胞培养能否成功的第一步。细胞与固相表面亲和性的大小,主要与细胞表面及固相表面所带的电荷性质和量有关。w 2)贴壁(attachment)n 与黏附只是程度上的不同。n 黏附的细胞通过少数接触点与生长表面结合,贴壁的细胞以整个接触面与生长表面牢靠结合。 w 不同细胞的黏附能力不同。在数分钟至数十分钟内黏附到固相表面 ,数小时乃至更长的时间才能黏附到固相表面 .影响细胞黏附和贴壁的因素1.培养液的温度,低温妨碍黏附和贴壁的速度2.降低培养液的悬浮力3.培养液中的离子成分
15、及其浓度4.培养器皿表面包被某些生物活性物质促进细胞黏附如胶原、多聚赖氨酸、多聚鸟氨酸、层黏连蛋白、纤维连接蛋白等.w 2.铺展(spread)n 进行生命活动的基本的生长特点或生长行为.w 描述铺展状况的两个参数:n 培养细胞的面积大小(测微尺)n 培养细胞的高度(细胞在垂直方向上的厚度)聚焦时微调旋扭刻度值的变化程度 铺展的过程n 1.圆形变成圆饼形(放射状铺展细胞)n 2.扁平的极性细胞细胞的贴壁延展过程w 3.细胞运动n 细胞质周边部分伸出的伪足有关(丝状和片状)w 4.细胞分裂n 不同细胞分裂增殖活动恢复得快慢不同n 细胞铺展的越好,细胞越扁,DNA合成率越高传代培养期w 概念n 指
16、由首次传代开始经反复传代一直到培养物开始衰退之前的全部时间 特点:1、历时时间长2、细胞分裂增殖活动旺盛,细胞生长活跃.3、细胞逐渐进入去分化状态4、增殖能力较强的细胞处于优势5、细胞发生转化的概率增大每传一代细胞的生长过程分为:潜伏期;指数生长期;停滞期传代培养期w 1.潜伏期(latent phase)指细胞对传代操作所致损伤的恢复期和对新的环境的适应期n 影响潜伏期长短的因素1.细胞种类2.接种的细胞密度3培养条件;传代时间是否合适2.指数生长期又称对数生长期(logarithmic growth phase)细胞增生最活跃、活力最旺盛的阶段,细胞数量呈指数增长。w 判断细胞生长是否旺盛
17、的指标n 1.有丝分裂指数(mototic index MI)培养物中分裂相数量占全部细胞数量的百分比。0.1-0.5 % 3-5%n 2.细胞群体倍增时间n 3.MTT法(酶活性)n 4.3H-TdR掺入法(DNA合成快慢)w 接触抑制(contact inhibition):细胞相互接触连接成片时,表现出由于接触而相互抑制的特征.3.停滞期(stagnate phase) 也称平台期(plateau phase)衰退期w 向前发展,只有退化死亡四植块培养物的生长生物学w 生长过程:培养1-3天后细胞向外迁移;移出的细胞不断分裂增殖,在植块周围形成一圈细胞。第三节 影响动物细胞体外生长的因素
18、一营养成分和生长基质二温度条件对细胞的影响三、气相环境对细胞生长的影响四、培养液的酸碱度对细胞生长的影响五、辐射线对细胞生长的影响六超声波对细胞生长的影响七影响细胞生长的其他因素本章作业w 简述影响动物细胞生长的因素w 试述温度对细胞生长产生的影响w 掌握体外细胞培养物的生长类型。w 防止细胞去分化的措施。w 简述体外培养细胞的整个生命活动过程。w 简述每一代细胞的生长过程分期。第三章 组织培养设施和基本条件 目的要求:通过本章的学习,使学生掌握实验室设计要求,建立细胞培养实验室常用的设备器材及实验室器材的使用方法。本章重点:1.常用几种大型仪器的工作原理及使用注意事项。 2.实验室器材的处理
19、方法。本章难点:1. 倒置显微镜、CO2培养箱的工作原理及使用注意事项。说明:1.本章共分3节。以现场教学、教师演示、学生实验相结合,针对实验室的多种设计方案,建立细胞培养实验室常用的大型设备器材运用实物及多媒体教学的方式向学生展示,以利于学生理解解;直接向学生演示特殊器材的使用装方法,以增强学生对实际操作的理解。教具:不锈钢筒式滤器,混合摇匀器,磁力搅拌器, 第一节 实验室的设计污染问题是威胁细胞培养的主要问题,如何避免污染是细胞培养成功的关键。因些实验室的设施主要是为避免污染而设制的。细胞培养工作室大致可以分为如下几个功能区:无菌操作;温育;培养液的配制;洗刷;无菌处理;细胞和用品的贮存实
20、验室设计要求:准备室,缓冲间,无菌室,传递仓。附:图片展示第二节 建立细胞培养实验室的设备器材介绍大型工具类、消毒灭菌类、配液用具制备细胞用品类。重点以大型工具类为主,讲解几种常用大型工具使用方法及注意事项 净化工作台现场教学原理使用方法注意事项CO2培养箱(重点)结构与工作原理。使用方法注意事项。双蒸器(重点)现场教学工作原理。使用方法。注意事项。倒置显微镜(重点)现场教学结构,原理使用方法注意事项二、消毒灭菌类三、配液用具四、制备细胞用品练习与测试常用消毒灭菌类器材有那些?倒置显微镜使用方法及注意事项?常用的配液用具?双蒸器的使用方法及注意事项?本章详细内容 第一节 细胞培养实验室的设计一
21、、介绍细胞培养实验室设计不当的实例,增加学生对细胞培养实验室重要性的认识。二、讲授细胞实验室的各个功能分区划分及管理。概述:组织细胞培养技术与其他一般实验室工作的主要区别在于要求保持无菌操作,避免微生物及其他有害因素的影响。 细胞培养实验室应能进行六方面的工作:无菌操作、孵育、制备、清洗、消毒灭菌处理、储藏。各部门最好分别设置于相连的各个房间,特别是无菌操作室最好能单独设置;如都安置在一大实验室内。无菌操作区与清洗、消毒灭菌区应分别位于两端、而制备、储藏和孵育区位于此两区之间。(一)无菌操作区 无菌操作区是只限于细胞培养及其他无菌操作的区域,最好能与外界隔离不能穿行或受其他干扰。无菌操作室应划
22、分为更衣间、缓冲间、传递仓及操作间三部分。1、更衣间:供更换衣服、鞋子及穿就帽子和口罩。缓冲间位于更夜间与操作间之间,目的是为了保证操作间的无菌环境。同时可放置恒温培养箱及某些必须的小型仪器(如冰箱、离心机等)。2、缓冲间:3、无菌操作间:专用于无菌操作、细胞培养。其大小要适当且其顶部不宜过高以保证紫外线的有的灭菌效果;墙壁光滑无死角。以便清洗和消毒。工作台安置不应紧靠墙壁台面以光滑的压塑作表面漆成白区或灰色以利于解剖组织及酚红显示pH的观察。无菌操作间为密闭式,一般无菌操作间的空气消毒用紫外线灯紫外线可产生臭氧,并且室内温度及湿度均较高不利于工作人员健康故最好应设置空气过滤的恒温恒湿装置。有
23、些实验室使用无臭氧紫外线消毒器或电子消毒灭菌器。电子消毒灭菌器在高压电场作用下,电子管的内外电极发生强烈电子轰击。使空气电离而将空气中的氧转换成臭氧。臭氧是一种强氧化剂、能同细菌的胞膜及酶蛋白的硫基进行氧化分解反应从而靠臭氧气体弥漫性扩散达到杀菌之目的,消毒时没有死角。消毒后空间内的残留臭氧只需30一40min即能自行还原成氧气对空间不留异味,消毒物体表面不留残毒。 (二)、孵育区 本区对无菌的要求虽不如无菌区那样严格但仍需清洁而无灰尘,因此也应在干扰少且非来往穿行的区域。孵育可在孵箱或可控制温度的温室中进行、后者费用较高一般实验室多采用孵箱中进行。(三)、制备区 制备区主要进行培养液及有关培
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