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第三章 动物细胞工程制药

第三章 动物细胞工程制药. 一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找. 第一节　概 述. 1665 年，英国物理学家 Robert Hooke 用自制的显微镜首次发现了细胞，奠定了细胞生物学的基础 。. 荷兰科学家 Leeuwen hooke 用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物. 细胞学说创立. 动物细胞与组织培养的发展历史. 组织和细胞培养的早期萌芽阶段 1885 年，德国人 Roux 用生理盐水培养鸡胚组织，使之存活了数月之久 1897 年， Loeb 证明从血液和结缔组织中分离到的细胞可在血清和血浆中存活

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第三章 动物细胞工程制药

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Presentation Transcript

  1. 第三章动物细胞工程制药

  2. 一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找

  3. 第一节　概 述

  4. 1665年，英国物理学家Robert Hooke用自制的显微镜首次发现了细胞，奠定了细胞生物学的基础 。

  5. 荷兰科学家Leeuwen hooke用设计较好的显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物

  6. 细胞学说创立

  7. 动物细胞与组织培养的发展历史 • 组织和细胞培养的早期萌芽阶段 • 1885年，德国人Roux用生理盐水培养鸡胚组织，使之存活了数月之久 • 1897年，Loeb证明从血液和结缔组织中分离到的细胞可在血清和血浆中存活 • 1903年，Jolly观察到蝾螈细胞在体外可以进行分裂

  8. 现代细胞培养的新纪元 • 1907年，美国生物学家Harrison成功地在凹玻片的淋巴液内无菌条件下培养了离体的蛙胚神经组织，并观察到了神经细胞突起的生长过程 • 法国学者Carrel设计了卡氏培养瓶，自1923年用于培养鸡胚的心肌组织取得成功以后，已使多种动物组织培养获得成功　

  9. 细胞工程学 • 概念 • 特点 • 主要研究内容

  10. 细胞工程概念 应用细胞生物学、分子生物学等理论和技术，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，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质，以获得新型生物或特殊细胞产品的一门综合性科学技术。

  11. 细胞工程特点 • 优势在于避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，只需将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能够形成杂交细胞，因而能够提高基因的转移效率。 • 细胞工程不仅可以在植物与植物之间、动物与动物之间、微生物与微生物之间进行杂交，甚至可以在动物与植物或微生物之间进行融合，形成前所未有的杂交物种。

  12. 三色“组装鼠”问世

  13. sheep ＋ Sheep-goat chimera goat

  14. 细胞工程主要研究内容 • 动植物细胞与组织培养 • 细胞融合 • 染色体工程 • 胚胎工程 • 细胞遗传工程

  15. 动植物细胞与组织培养 器 官 培 养 细 胞 培 养 组 织 培 养

  16. 动物细胞大规模培养的细胞株及产品 产品名称 细胞株 适应症 批准年份 组织纤溶酶原激活剂(tPA) CHO 心脏病、中风 1987 促红细胞生成素(EPO) CHO 贫血 1989 人生长激素(hGF) C127 生长缓慢、肾功能不全 1989 粒细胞刺激因子(G-CSF) CHO 中性白细胞减少症 1991 凝血因子III CHO A型血友病 1992-1993 干扰素 CHO 多发性硬化症 1996 单克隆抗体 CHO 血管成形术中血液凝剂 1994 肿瘤坏死因子受体 CHO 类风湿关节炎 1998 CHO：Chinese hamster ovary 中国地鼠卵巢 C127: Mouse fibroblast 小鼠成纤维细胞

  17. 细胞融合（cell fusion） 采用自然或人工方法使两个或几个不同细胞（或原生质体）融合为一个细胞，用以产生新的物种或品系及产生单克隆抗体。

  18. A. Bread wheat ; B. Rye C. Wheat and rye are crossed together to produce the hybrid triticale. The massive taproot of wild radish ,a common naturalized weed in San Diego County, California. Unlike the numerous, tender, cultivated varieties of radishes, wild radish has a tough, woody taproot that is unpalatable

  19. 单克隆抗体制备

  20. 染色体工程：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。染色体工程：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。 Scientists change the genes in living cells by putting the desired “new” gene into a little virus-like organism which is allowed to get into your cells and which inserts the new gene into the cell along with the “old” genes.

  21. 胚胎工程：对哺乳动物的胚胎进行某种人为的工程技术操作获得人们所需的成体动物。胚胎工程：对哺乳动物的胚胎进行某种人为的工程技术操作获得人们所需的成体动物。 Manipulation of a cattle embryo and twin calves Test- tube baby

  22. 细胞遗传工程

  23. 第二节　细胞生物学基础

  24. 细胞的基本共性 • 细胞表面都有细胞膜（磷脂双分子层与蛋白质） • 细胞都含有两种核酸（DNA与RNA） • 细胞蛋白质合成的机器─核糖体 • 细胞增殖都以一分为二的方式进行分裂

  25. 无核膜 遗传信息载体仅是一个裸露的环状DNA分子（类核体或拟核） 除核糖体与细胞膜及其特化结构外，几乎不存在其他复杂的细胞器 原核细胞结构特点

  26. 生物膜体系以及以生物膜为基础构建的各种独立的细胞器生物膜体系以及以生物膜为基础构建的各种独立的细胞器 遗传信息表达的结构体系 细胞骨架体系 真核细胞结构特点

  27. 原核细胞与真核细胞基本特征的比较

  28. 原核细胞与真核细胞的比较 细胞器 结构合理、功能有序 细胞质部分：蛋白质合成、能量代谢 细胞骨架 生物膜 细胞核部分：遗传物质的复制和转录 生物膜系统结构与功能的比较

  29. 单倍性 多倍性 结构上的复杂化 DNA发生结构和数量上的变化 线状 环状 基因表达调控的多层次性 转录前水平 转录水平 转录后水平 翻译水平 遗传信息传递的准确性和确定性 遗传结构装置的扩增与基因表达方式的比较

  30. 细胞周期 G1期：DNA复制期 S期：DNA合成期 G2期：DNA合成后期 M期：有丝分裂期 Tc ＝ G1 + S + G2 + M

  31. 第三节　体外培养的动物细胞的特性

  32. 动物细胞的生长方式及类型

  33. 细　胞　特　化 红细胞 肌肉细胞 神经细胞 脂肪细胞 精子细胞 细菌

  34. 贴附依赖型（anchorage-dependent） • 非贴附依赖型（anchorage-independent） • 兼性贴附型

  35. 贴附依赖型细胞（贴附型细胞） • 概念细胞的生长必须有给予贴附的支持物表面，细胞依赖自身分泌的或培养基中提供的贴附因子才能在该表面上生长。 • 贴附含义一是细胞之间相互接触；二是细胞与细胞外基质结合 • 形态成纤维细胞型细胞 上皮型细胞游走型细胞 多形型细胞

  36. 成纤维细胞型细胞（fibroblast – like cell type） • 特点：细胞生长时胞体呈棱形或不规则的三角形，中央有圆形核，胞质向外伸出2～3个突起。细胞群常借该突起连接成网，生长时呈放射状、漩涡状或火焰状走行。 • 来源：中胚层组织来源的细胞，如成纤维细胞、心肌细胞、平滑肌细胞和成骨细胞等。

  37. 上皮型细胞（epithilium-like cell type） • 特点：细胞贴附后呈三角形及不规则扁平的多角形，中央有扁圆形核，生长是彼此紧密连接成单层细胞。因为相互拥挤而呈现“铺路石状”，局部可以形成单层的上皮状“膜片组织”。 • 来源：外胚层和内胚层来源的细胞，如皮肤的表皮细胞、消化管与呼吸道的上皮细胞、肺泡上皮细胞、消化腺上皮细胞、血管内皮细胞等。

  38. 游走型细胞 • 特点：在支持物上分散生长，一般不连接成片、形成群落；胞质常伸出伪足和突起；生长位置不固定，呈活跃的游走和变形运动，外形不规则且不断变化，当细胞密度增大、连接成片时，形状类似于成纤维细胞型或上皮细胞型。 • 来源：主要是具有吞噬作用的单核巨噬细胞系统的细胞，如白细胞、淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞、肿瘤细胞等。

  39. 多形型细胞 • 特点：形态不规则，一般分胞体和胞突两部分，其中胞突为细长形，类似丝状伪足；胞体虽然也略呈现多角形，但没有成纤维细胞那样不规则。 • 来源：最常见的是神经元和神经胶质细胞。

  40. 培养细胞形态的不稳定性 Hela血清 高血清 低血清 成纤维细胞样 上皮样细胞 pH 太酸或太碱 标准pH 成纤维细胞样 上皮样细胞 3T3细胞密度 低密度 高密度 成纤维细胞样 上皮样细胞 生长状态改变 悬浮 贴附 圆形 成纤维或上皮样 转化与否 未转化 转化后 成纤维细胞样 上皮样细胞

  41. 非贴附依赖型细胞（悬浮型细胞） • 概念：细胞的生长不依赖支持物表面，可在培养液中呈悬浮状态生长。 • 形态：始终为球形（圆形）。 • 来源：白血病细胞、淋巴组织细胞、某些肿瘤细胞、杂交瘤细胞、转化细胞系等。

  42. 兼性贴附型细胞 • 概念：有些细胞并不严格地依赖支持物，既可以贴附于支持物表面生长，但在一定条件下还可以在培养基中呈悬浮状态良好的生长。 CHO L929

  43. 动物细胞的生理特点 • 细胞的分裂周期长 • 细胞生长需贴附于基质，并有接触抑制现象 • 正常二倍体细胞的生长寿命是有限的 • 动物细胞对周围的环境十分敏感 • 动物细胞对培养基的要求高 • 动物细胞的合成途经和修饰功能与细菌不同

  44. 一般为12～48小时，随细胞种属的不同而不同，同一种属，不同部位的细胞所需时间也不同。一般为12～48小时，随细胞种属的不同而不同，同一种属，不同部位的细胞所需时间也不同。 • 此外，培养条件如温度、pH、培养基的成分等，也会影响分裂周期的长短。

  45. 正常细胞在基质上分裂增殖，逐渐汇合成片时，由于细胞的相互接触而抑制细胞运动的特点，即接触抑制现象( contact inhibition）。

  46. 接触抑制可作为区别正常与癌细胞标志之一

  47. 细胞接触汇合成片后，虽发生接触抑制，只要营养充分，细胞仍然能够进行增殖分裂，因此细胞数量仍在增多。但当细胞密度进一步增大，培养液中营养成分减少，代谢产物增多时，细胞因营养的枯竭和代谢物的影响，则发生密度抑制（density inhibition），导致细胞分裂停止。

  48. “Hayflick”极限 脊椎动物成纤维细胞在体外培养条件下只能进行有限次的分裂

  49. 动物细胞比较“娇弱”，对周围环境敏感，包括各种理化因素，如渗透压、pH值、离子浓度、剪切力等。动物细胞比较“娇弱”，对周围环境敏感，包括各种理化因素，如渗透压、pH值、离子浓度、剪切力等。 • 主要原因是动物细胞只有细胞膜而没有细胞壁，且细胞膜是由脂质分子镶嵌着某些蛋白构成的，一切能影响脂质和蛋白变性的因素都会影响动物细胞的存活。

  50. 原核生物：对营养的要求低 碳源、氮源和无机盐 • 植物细胞：对营养的要求相对不高 • 动物细胞：对营养的要求很高 12种必需氨基酸、8种以上维生素、 多种无机盐、微量元素、葡萄糖、 细胞生长因子和贴壁因子等

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