2024-2025學(xué)年高中生物第3章胚胎工程第2節(jié)胚胎工程及其應(yīng)用第2課時胚胎干細胞的研究及其應(yīng)用學(xué)案蘇教版選修3

PAGE9-第2課時胚胎干細胞的探討及其應(yīng)用1．理解干細胞的概念、分類、來源、特點及分別途徑與方法。(重、難點)2．舉例說明胚胎干細胞的應(yīng)用并了解胚胎干細胞的探討進展及其所面臨的各種挑戰(zhàn)。學(xué)問點一|干細胞及其分類1．干細胞(1)含義：動物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我復(fù)制和多向分化潛能的原始細胞。(2)作用：是重建、修復(fù)病損或蒼老組織、器官功能的種子細胞。(3)分類：專能干細胞、多能干細胞和全能干細胞。①專能干細胞：只能分化成一種類型或功能親密相關(guān)的兩種類型的細胞，如上皮組織基底層的干細胞。②多能干細胞：具有分化成多種細胞或組織的潛能，但失去了發(fā)育成完整個體的實力，如造血干細胞。③全能干細胞：可以分化為全身200多種細胞，并進一步形成機體的全部組織、器官，如胚胎干細胞。(4)探討進展①干細胞探討起先于胚胎干細胞。②在干細胞探討中，成果比較顯著的是美國和日本兩個國家。2．胚胎干細胞(1)含義：指在早期的胚胎中未分化的細胞或從原始性腺中分別出來的一類細胞。(2)特點：具有增殖實力并保持未分化狀態(tài)，在肯定條件下可分化為各種組織和器官。a．形態(tài)上：體積小、核大、核仁明顯。b．功能上：具有發(fā)育的全能性。eq\a\vs4\al([合作探討])當前的生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域正在探討“干細胞治療”，所謂“干細胞治療”是把健康的干細胞移植到病人體內(nèi)，以達到修復(fù)病變細胞或重建功能正常的細胞和組織的目的。干細胞療法就像給機體注入新的活力，是從根本上治療很多疾病的有效方法。探討eq\a\vs4\al(1)：干細胞的增殖方式和分化的實質(zhì)分別是什么？提示：干細胞的增殖方式為有絲分裂，分化實質(zhì)是細胞內(nèi)基因的選擇性表達。探討eq\a\vs4\al(2)：試分析干細胞與癌細胞主要有什么區(qū)分？提示：(1)干細胞與癌細胞不同，干細胞的遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生基因突變。(2)干細胞不僅能增殖，而且增殖的細胞還能正常分化。而癌細胞只能增殖，不能分化。eq\a\vs4\al([思維升華])1．干細胞作用具有重建、修復(fù)病損或蒼老組織、器官的功能。2．干細胞分類名稱全能干細胞多能干細胞專能干細胞特點具有形成機體的任何組織或器官，直至形成完整個體的潛能具有分化成多種細胞或組織的潛能，但不能發(fā)育成完整的個體只能分化成某一種類型或功能親密相關(guān)的兩種類型的細胞舉例受精卵、胚胎干細胞造血干細胞神經(jīng)干細胞應(yīng)用用于病人的器官移植等造血干細胞移植是治療血液系統(tǒng)疾病、遺傳性血液病等的有效手段通過神經(jīng)干細胞移植治療腦癱、頭顱外傷等病癥3.獲得干細胞的主要途徑(1)從體外培育的胚胎中獲得。(2)從早期流產(chǎn)的胎兒中獲得。(3)從克隆的胚胎中獲得。(4)從成體中獲得。4．胚胎發(fā)育過程中干細胞的發(fā)育分化過程受精卵→全能干細胞→多能干細胞→專能干細胞。1.胚胎干細胞是哺乳動物或人早期胚胎中的細胞，可以進一步分裂、分化成各種組織干細胞，再進一步分化成各種不同的組織。下列敘述不正確的是()A．各種組織干細胞分化形成不同組織細胞是基因選擇性表達的結(jié)果B．胚胎干細胞有細胞周期，神經(jīng)干細胞分化形成的神經(jīng)細胞沒有細胞周期C．造血干細胞分化形成紅細胞、白細胞的過程是不行逆的D．肝臟干細胞分化成肝臟細胞的過程表現(xiàn)了細胞的全能性【解析】肝臟干細胞分化成肝臟細胞的原理是細胞增殖和細胞分化，沒有得到完整的動物個體，故不能體現(xiàn)細胞的全能性?！敬鸢浮緿2．如圖為哺乳動物的胚胎干細胞及其分化的示意圖。(1)胚胎干細胞是從動物胚胎發(fā)育至__________期的內(nèi)細胞團中分別得到的一類細胞。(2)圖中分化程度最低的干細胞是____________。在體外培育條件下，培育液中加入______________因子，可誘導(dǎo)該種干細胞向不同類型的組織細胞分化。(3)在機體內(nèi)，皮膚干細胞分化成皮膚細胞是機體細胞中基因______________的結(jié)果。(4)某患者不能產(chǎn)生正常的白細胞，通過骨髓移植可以達到治療的目的，骨髓移植的實質(zhì)是將上圖的______細胞移植到患者體內(nèi)。(5)若要克隆某種哺乳動物，從理論上分析，上述紅細胞、白細胞、神經(jīng)細胞中不能選用作為供體細胞的是成熟的______，其緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥?1)胚胎干細胞是由早期胚胎中分別出來的一類細胞，囊胚階段細胞起先分化為內(nèi)細胞團和滋養(yǎng)層細胞。(2)題圖中分化程度最低的干細胞是胚胎干細胞，全能性最高，在體外培育條件下，該種干細胞可誘導(dǎo)分化形成不同類型的組織細胞，培育液中需加入分化誘導(dǎo)因子。(3)細胞分化是細胞中基因選擇性表達的結(jié)果。(4)骨髓是人體的造血組織，存在造血干細胞，骨髓移植的實質(zhì)是將圖中的造血干細胞移植到患者體內(nèi)。(5)克隆某種哺乳動物須要供體供應(yīng)細胞核，而成熟的紅細胞沒有細胞核，所以不能作為供體。【答案】(1)囊胚(2)胚胎干細胞分化誘導(dǎo)(3)選擇性表達(4)造血干(5)紅細胞細胞中無細胞核學(xué)問點二|胚胎干細胞的應(yīng)用及面臨挑戰(zhàn)1．胚胎干細胞的應(yīng)用(1)假如科學(xué)家最終能夠勝利誘導(dǎo)和調(diào)控胚胎干細胞的分化與增殖，將會給胚胎干細胞的基礎(chǔ)探討和臨床應(yīng)用帶來主動的影響。(2)對人胚胎干細胞的探討，可以幫助人們理解困難的人體發(fā)育過程，進而揭示人與動物的發(fā)育機制及影響其發(fā)育的因素。2．胚胎干細胞探討面臨的挑戰(zhàn)(1)用于治療性克隆治療性克隆的過程：受精卵置于培育基中→受精卵分裂→形成胚胎→取出胚胎干細胞→誘導(dǎo)生成各種細胞→用于治療性克隆。(2)面臨的挑戰(zhàn)①平安性問題。②培育條件的優(yōu)化。③對胚胎干細胞向不同組織細胞“定向分化”的條件還不清晰。④創(chuàng)建一種“萬能供者”細胞，須要破壞或變更細胞中的很多基因，其可行性仍不清晰。eq\a\vs4\al([合作探討])下面是胚胎干細胞來源途徑示意圖，請據(jù)圖回答問題：探討eq\a\vs4\al(1)：胚胎干細胞的來源有哪些？為什么可分化為動物體內(nèi)任何一種組織？提示：①來源：從早期胚胎或原始性腺中分別出來。②緣由：胚胎干細胞具有發(fā)育的全能性。探討eq\a\vs4\al(2)：胚胎干細胞用于治療人類的某些頑癥的原理是什么？提示：胚胎干細胞具有發(fā)育的全能性，可以被誘導(dǎo)分化形成新的組織細胞，經(jīng)移植可使壞死或退化部位得以修復(fù)并復(fù)原正常功能。探討eq\a\vs4\al(3)：胚胎干細胞為什么可以解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題？提示：通過胚胎干細胞體外誘導(dǎo)分化，可以培育出人造器官，從而解決供體器官不足。另一方面，由于是自身細胞經(jīng)誘導(dǎo)分化形成的，所以無免疫排斥反應(yīng)。eq\a\vs4\al([思維升華])1．胚胎干細胞的應(yīng)用(1)對人胚胎干細胞的探討，可以幫助人們理解困難的人體發(fā)育過程，使人們深刻相識數(shù)十年來困擾著胚胎學(xué)家的一些基本問題，并促進對人胚胎發(fā)育細微環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)探討，從而揭示人與動物的發(fā)育機制及影響其發(fā)育的因素。(2)在探討新藥對各種細胞的藥理和毒理試驗中，胚胎干細胞可以為其在細胞水平上的探討供應(yīng)試驗材料，并且被用來揭示那些會干擾胎兒發(fā)育和引起誕生缺陷的藥物的致病機理。(3)胚胎干細胞的探討和應(yīng)用，能使人們更加深化地了解人的發(fā)育過程，還將給人類帶來全新的醫(yī)療手段。從理論上說，任何涉及丟失正常細胞功能的疾病，都可以通過移植由胚胎干細胞分化而來的特異細胞或組織來治療。①治療性克隆的基本方法和過程人工授精獲得的受精卵置于培育基中→受精卵分裂→接著分裂形成胚胎→取出胚胎干細胞→干細胞被誘導(dǎo)生成各種細胞、組織、器官→用于治療性克隆。②優(yōu)點a．通過自身干細胞誘導(dǎo)分化形成的組織、器官無免疫原性，移植后不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。b．可以解決目前臨床上存在的供體器官嚴峻不足的問題。c．可以產(chǎn)生人體內(nèi)具有特別生理功能的稀有蛋白質(zhì)。(4)結(jié)合基因工程等還可以在試管中改良并創(chuàng)建動物新品種，培育誕生長快、抗病力強、高產(chǎn)的家畜品種等。2．胚胎干細胞的探討主要面臨的挑戰(zhàn)(1)胚胎的平安性問題。獲得胚胎干細胞通常要損毀早期胚胎，而受精卵是生物發(fā)育的起點，胚胎是生命的開端，以犧牲一個生命的代價去挽救另一個生命是否值得？并且，人早期胚胎的探討，可能導(dǎo)致克隆人(即生殖性克隆)的出現(xiàn)。這些都給法律、倫理、國家和社會平安等方面帶來規(guī)?？涨暗臎_擊。(2)對胚胎干細胞的體外培育條件的優(yōu)化仍需進一步探討。胚胎干細胞無論是在體內(nèi)還是體外都具有自我分化的潛能，極易分化為其他細胞。雖然在體外培育條件下防止干細胞分化方面已取得重大進展，但仍需進一步優(yōu)化探討。(3)對胚胎干細胞向不同組織細胞“定向分化”的條件還不清晰。理論上講，胚胎干細胞可以分化成各種組織細胞，形成各種器官，但該“定向分化”的條件、機制目前還不清晰，從而限制了胚胎干細胞的臨床應(yīng)用。(4)分化細胞的增殖是一個瓶頸問題。(5)創(chuàng)建一種“萬能供者”細胞，須要破壞或變更細胞中的很多基因，其可行性仍不清晰。1．胚胎干細胞探討在醫(yī)學(xué)上有重大應(yīng)用價值。通過移植胚胎干細胞期望可以治療下列哪一組疾病()①糖尿?、诟哐獕孩厶剖暇C合征(21三體綜合征)④老年癡呆癥⑤白化?、薷嗡ソ逜．①②⑤B．②③⑥C．①④⑥D(zhuǎn)．③④⑤【解析】通過移植胚胎干細胞期望可以治療糖尿病、老年癡呆癥、肝衰竭等。高血壓屬于多基因遺傳病，唐氏綜合征(21三體綜合征)屬于染色體異樣病，白化病屬于單基因遺傳病，這些病都無法通過胚胎干細胞治療?！敬鸢浮緾2．下圖表示利用胚胎干細胞(ES細胞)所作的一系列探討，請據(jù)圖分析回答：(1)上圖中的胚胎干細胞(ES細胞)可以從________和________中分別獲得。(2)過程Ⅰ將胚胎干細胞置于γ射線滅活的鼠胎兒成纖維細胞的飼養(yǎng)層上，并加入動物血清、抗生素等物質(zhì)，維持細胞不分化的狀態(tài)。在此過程中，飼養(yǎng)層供應(yīng)干細胞增殖所需的________，加入抗生素是為了____________。該過程對于探討細胞分化和細胞凋亡的機理具有重要意義。(3)過程Ⅱ?qū)в羞z傳標記的ES細胞注入早期胚胎的囊胚腔，通過組織化學(xué)染色，用于探討動物體器官形成的時間、發(fā)育過程以及影響因素，這項探討利用了胚胎干細胞具有________的特點。在哺乳動物早期發(fā)育過程中，囊胚的后一個階段是________。(4)過程Ⅲ是培育轉(zhuǎn)基因小鼠，將獲得的目的基因?qū)肱咛ジ杉毎靶铇?gòu)建基因表達載體，目的是___________________________________________________________________________________________。將構(gòu)建好的表達載體導(dǎo)入胚胎干細胞最常用的方法是________。(5)過程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤里面全是軟骨、神經(jīng)管、橫紋肌和骨骼等人類組織和器官。試驗時，必需去除小鼠的胸腺，使其存在免疫缺陷，其目的是________________________________________________________________________________________________________________________________，該過程探討的意義在于解決_______________________________________________________________________________________________________問題?！窘馕觥?1)胚胎干細胞(ES細胞)可以從早期胚胎和原始性腺中分別獲得。(2)胚胎干細胞培育時所用的飼養(yǎng)層細胞可以供應(yīng)干細胞增殖所需的養(yǎng)分物質(zhì)，加入抗生素是為了防止雜菌污染。(3)胚胎干細胞具有發(fā)育的全能性，通過組織化學(xué)染色，可用于探討動物體器官形成的時間、發(fā)育過程以及影響因素。在哺乳動物早期發(fā)育過程中，囊胚的后一個階段是原腸胚。(4)基因工程中，構(gòu)建基因表達載體的目的是使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以傳給下一代，同時使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用。將基因表達載體導(dǎo)入動物細胞最常用的方法是顯微注射法。(5)去除小鼠的胸腺，小鼠不能形成T細胞，不發(fā)生細胞免疫，使移植組織細胞不會被排斥。Ⅳ過程探討對于解決臨床上供體器官不足或器官移植后免疫排斥等問題有重要意義。【答案】(1)早期胚胎原始性腺(2)養(yǎng)分物質(zhì)防止雜菌污染(3)發(fā)育全能性原腸胚(4)使目的基因在受體細胞中穩(wěn)定存在，并且可以傳給下一代，同時，使目的基因能夠表達和發(fā)揮作用顯微注射法(5)使移植組織細胞不會被排斥臨床上供體器官不足或器官移植后免疫排斥等[課堂小結(jié)]學(xué)問網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句歸納1.干細胞是具有自我復(fù)制和多向分化潛能的原始細胞。2.干細胞的功能是重建、修復(fù)病損或蒼老的組織、器官。3.各類干細胞的發(fā)育分化過程是：受精卵→全能干細胞→多能干細胞→專能干細胞。4.從囊胚的內(nèi)細胞團可分別獲得胚胎干細胞。5.胚胎干細胞可誘導(dǎo)分化形成多種功能細胞、組織和器官，用于移植。1．下列有關(guān)胚胎干細胞的功能特性的敘述中，不正確的是()A．具有發(fā)育的全能性B．體外培育可以分化成各種組織、器官C．可以冷凍保存，也可以進行遺傳改造D．不行以進行增殖【解析】胚胎干細胞功能特性主要有：具有發(fā)育的全能性，可分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細胞。在體外培育的條件下，胚胎干細胞可以增殖而不發(fā)生分化。對它可以進行冷凍保存，也可以進行遺傳改造?！敬鸢浮緿2．下列關(guān)于哺乳動物的胚胎干細胞的應(yīng)用，不正確的是()A．利用胚胎干細胞可誘導(dǎo)分化形成新的組織細胞的特性，修復(fù)壞死或退化的細胞B．隨組織工程技術(shù)的發(fā)展，將來可利用胚胎干細胞培育出人造器官C．目前人類已能利用胚胎干細胞治療帕金森綜合癥、老年癡呆癥等頑癥D．胚胎干細胞是探討體外細胞分化的志向材料【解析】胚胎干細胞用于治療人類某些頑癥，目前在動物試驗方面，已勝利的治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑難病癥，但是還沒有用于人類頑癥的治療。【答案】C3．胚胎干細胞的應(yīng)用價值不包括()A．可用于治療人類的肝衰竭、少年糖尿病等B．可以培育出人造組織、器官C．可作為探討體外細胞分化的志向材料D．可以治療人類的闌尾炎、過敏反應(yīng)等【解析】胚胎干細胞在體外培育，可以定向分化為各種專能干細胞或組織細胞，也可以發(fā)育成生物器官甚至于完整的個體。闌尾炎是細菌感染引起的疾病，不能用干細胞移植來治療。細胞分化的機制目前還不非常明白，胚胎干細胞這一原