細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用

組織培養(yǎng)的的實質(zhì)，就是模擬體內(nèi)的生理環(huán)境，即無菌、適當(dāng)?shù)臏囟?、濕度和一定的培養(yǎng)條件。概括地說，組織培養(yǎng)就是建立活體的結(jié)構(gòu)成分在體外生存生長的適宜環(huán)境。現(xiàn)在是1頁\一共有35頁\編輯于星期三原代細(xì)胞培養(yǎng)

(primaryculture)細(xì)胞培養(yǎng)的分類傳代細(xì)胞培養(yǎng)

(secondaryculture,subculture)

現(xiàn)在是2頁\一共有35頁\編輯于星期三培養(yǎng)細(xì)胞形態(tài)分類粘附型：附著在培養(yǎng)的固相支持物表面才能生長；絕大多數(shù)細(xì)胞屬于此類型，包括上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、多角形細(xì)胞等懸浮型：不必附著于固相支持物表面，可在懸浮狀態(tài)下生長；如白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞現(xiàn)在是3頁\一共有35頁\編輯于星期三LifespanofculturedhumancellsSenescence(M1)Crisis(M2)現(xiàn)在是4頁\一共有35頁\編輯于星期三

細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用

現(xiàn)在是5頁\一共有35頁\編輯于星期三一、細(xì)胞工程的概念細(xì)胞工程（CellEngineering)指以細(xì)胞為對象，應(yīng)用生命科學(xué)理論，借助工程學(xué)原理與技術(shù)，有目的地利用或改造生物遺傳性狀，以獲得特定的細(xì)胞、組織產(chǎn)品或新型物種的一門綜合性科學(xué)技術(shù)?，F(xiàn)在是6頁\一共有35頁\編輯于星期三細(xì)胞工程一般指以動植物為研究對象，可以是完整的細(xì)胞、組織或器官、胚胎，也可以是原生質(zhì)體、細(xì)胞核、染色體、細(xì)胞器等。細(xì)胞工程與基因工程、酶工程、微生物工程、生物化學(xué)工程、蛋白質(zhì)工程、代謝工程一起構(gòu)成了現(xiàn)代生物工程技術(shù)體系?，F(xiàn)在是7頁\一共有35頁\編輯于星期三生物工程技術(shù)體系及其發(fā)展關(guān)系現(xiàn)在是8頁\一共有35頁\編輯于星期三細(xì)胞生物學(xué)是細(xì)胞工程的重要理論基礎(chǔ)，此外，遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、生物化學(xué)等也是細(xì)胞工程的理論基礎(chǔ)。現(xiàn)在是9頁\一共有35頁\編輯于星期三細(xì)胞工程與其他學(xué)科、技術(shù)的關(guān)系現(xiàn)在是10頁\一共有35頁\編輯于星期三二、細(xì)胞工程的發(fā)展歷史細(xì)胞工程的發(fā)展經(jīng)歷了探索期、誕生期、快速發(fā)展期現(xiàn)在是11頁\一共有35頁\編輯于星期三

1665年英國物理學(xué)家RobertHooke（胡克、虎克）發(fā)現(xiàn)了第一個植物細(xì)胞，稱之為“Cell”（小室）。細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在是12頁\一共有35頁\編輯于星期三細(xì)胞是生命的基本單位；

一切動物和植物都由細(xì)胞組成；德國植物學(xué)家Schleiden(施萊登，1838年)《植物發(fā)生論》

德國動物學(xué)家Schwann(施旺，1839年)：《關(guān)于動植物的結(jié)構(gòu)和生長一致性的顯微研究》細(xì)胞學(xué)說的誕生MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwann現(xiàn)在是13頁\一共有35頁\編輯于星期三RudolfVirchow

1855德國人R.Virchow提出“一切細(xì)胞來源于已有的細(xì)胞”的著名論斷；進(jìn)一步完善了細(xì)胞學(xué)說。CellTheory是19世紀(jì)的重大發(fā)現(xiàn)之一，基本內(nèi)容三條：①有機(jī)體是由細(xì)胞構(gòu)成的；②細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的基本單位；③新細(xì)胞來源于已存在細(xì)胞的分裂。現(xiàn)在是14頁\一共有35頁\編輯于星期三1885年，Roux發(fā)現(xiàn)雞的神經(jīng)元在生理鹽水中可以存活，并使用“組織培養(yǎng)”一詞。1892年，Driesch利用海膽細(xì)胞胚胎分離成單細(xì)胞，通過細(xì)胞培養(yǎng)獲得了完整幼蟲。1907年，美國學(xué)者Harrison使蝌蚪神經(jīng)組織離體培養(yǎng)存活了數(shù)周，且生長出神經(jīng)纖維，開創(chuàng)了動物組織培養(yǎng)先河。探索期現(xiàn)在是15頁\一共有35頁\編輯于星期三1902年，德國植物學(xué)家Haberlandt提出細(xì)胞全能性學(xué)說，并嘗試進(jìn)行植物單個細(xì)胞離體培養(yǎng)。1937-1938年，Went、Gautheret、Nobercourt幾乎同時成功離體培養(yǎng)胡蘿卜組織，成為植物組織培養(yǎng)的奠基人。1958年，Steward和Reinert發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細(xì)胞可分化成體細(xì)胞胚，這成為植物組織培養(yǎng)領(lǐng)域的一個重大突破，同時也驗證了細(xì)胞全能性學(xué)說?，F(xiàn)在是16頁\一共有35頁\編輯于星期三1959年，美籍華人科學(xué)家張明覺首次獲得第一個體外受精動物----試管兔。1962年，Capstick成功進(jìn)行了倉鼠腎細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)，為動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。1958年-1965年，初步建立病毒誘導(dǎo)下的動物細(xì)胞融合技術(shù)。1960年，蘭花無性繁殖成功。1960-1970年，建立聚乙二醇誘導(dǎo)植物原生質(zhì)體融合技術(shù)。誕生期現(xiàn)在是17頁\一共有35頁\編輯于星期三1972年，Carlson通過誘導(dǎo)煙草原生質(zhì)體融合，獲得世界上第一個體細(xì)胞雜種植株。1973年，農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)，極大促進(jìn)了植物轉(zhuǎn)基因的研究，并推動了利用轉(zhuǎn)基因植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)藥物、色素、食品添加劑、酶、農(nóng)藥等?？焖侔l(fā)展期現(xiàn)在是18頁\一共有35頁\編輯于星期三1973年，童第周成功進(jìn)行核移植，獲得種間雜種魚。1975年，Kohler和Milstein建立小鼠淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)。1977年，利用胚胎工程技術(shù)成功培育出首例試管嬰兒。1984年，Villadsen利用胚胎細(xì)胞克隆出一只綿羊，這是首次通過核移植技術(shù)克隆的哺乳動物。1987年，Gordon獲得分泌組織纖溶酶激活因子tPA的轉(zhuǎn)基因小鼠，隨后轉(zhuǎn)基因羊、牛、豬的乳腺生物反應(yīng)器相繼成功。現(xiàn)在是19頁\一共有35頁\編輯于星期三1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”在英國蘇格蘭盧斯林研究所的試驗基地誕生。證實高等動物體細(xì)胞核的全能性。細(xì)胞工程歷史上的一個里程碑?，F(xiàn)在是20頁\一共有35頁\編輯于星期三Breastcell現(xiàn)在是21頁\一共有35頁\編輯于星期三現(xiàn)在是22頁\一共有35頁\編輯于星期三JohnB.Gurdon

discoveredin1962thatthespecialisationofcellsisreversible.Inaclassicexperiment,hereplacedtheimmaturecellnucleusinaneggcellofafrogwiththenucleusfromamatureintestinalcell.Thismodifiedeggcelldevelopedintoanormaltadpole.

TheDNAofthematurecellstillhadalltheinformationneededtodevelopallcellsinthefrog.現(xiàn)在是23頁\一共有35頁\編輯于星期三ShinyaYamanaka

discoveredmorethan40yearslater,in2006,howintactmaturecellsinmicecouldbereprogrammedtobecomeimmaturestemcells.Surprisingly,byintroducingonlyafewgenes,hecouldreprogrammaturecellstobecomepluripotentstemcells,i.e.immaturecellsthatareabletodevelopintoalltypesofcellsinthebody.

(inducedpluripotentstemcells,iPScells)現(xiàn)在是24頁\一共有35頁\編輯于星期三三、細(xì)胞工程的應(yīng)用動植物快速繁殖包括試管植物、人工種子、試管動物、克隆動物2.新品種培育指在細(xì)胞、細(xì)胞器、細(xì)胞核、染色體或組織水平上進(jìn)行遺傳性狀改良。包括原生質(zhì)體誘變、細(xì)胞融合、單倍體/多倍體育種、雌雄核發(fā)育、胚胎嵌（融）合等技術(shù)?，F(xiàn)在是25頁\一共有35頁\編輯于星期三3.細(xì)胞工程生物制品利用動植物細(xì)胞、組織培養(yǎng)或轉(zhuǎn)基因動植物生物反應(yīng)器生產(chǎn)生物制品?，F(xiàn)在是26頁\一共有35頁\編輯于星期三動物細(xì)胞生物制藥哺乳動物細(xì)胞表達(dá)的蛋白可以經(jīng)修飾成具有活性的蛋白產(chǎn)品，明顯優(yōu)于酵母、大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)。倉鼠腎細(xì)胞生產(chǎn)狂犬病毒疫苗、乙腦疫苗；幼地鼠腎（BHK21）細(xì)胞生產(chǎn)口蹄疫疫苗；中國倉鼠卵巢（CHO）細(xì)胞生產(chǎn)乙肝疫苗；2BS細(xì)胞和KMB17細(xì)胞生產(chǎn)甲肝疫苗；2BS細(xì)胞和MRC5細(xì)胞生產(chǎn)水痘疫苗?，F(xiàn)在是27頁\一共有35頁\編輯于星期三FDA批準(zhǔn)的動物細(xì)胞制備藥物：胰島素、組織纖溶酶激活劑（治療心臟?。?；促紅細(xì)胞生成素（治療貧血）；白介素（治療腎癌）；凝血因子III和IV（治療血友?。?；腫瘤壞死因子受體（治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎）?，F(xiàn)在是28頁\一共有35頁\編輯于星期三1975年，英國科學(xué)家Kohler和Milstein建立雜交瘤技術(shù)（hybridomatechnique)骨髓瘤細(xì)胞1.體外無限增殖；2.HGPRT(次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶）或者TK(胸腺嘧啶核苷激酶）缺陷型HAT選擇培養(yǎng)基含次黃嘌呤H、氨基蝶呤A、胸腺嘧啶核苷T(阻斷DNA合成的正常途徑及補(bǔ)救途徑

現(xiàn)在是29頁\一共有35頁\編輯于星期三基因工程單克隆抗體的制備現(xiàn)在是30頁\一共有35頁\編輯于星期三轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器將外源基因轉(zhuǎn)入細(xì)胞或動植物，利用細(xì)胞增殖或動植物代謝制備外源基因的表達(dá)產(chǎn)物的技術(shù)----轉(zhuǎn)基因生物反應(yīng)器技術(shù)。被轉(zhuǎn)入外源基因的細(xì)胞或動植物----轉(zhuǎn)基因