引入

为什么实验室里能养活动物细胞,却不能让它长成一只动物?

为什么单克隆抗体比传统抗血清更”纯”?

克隆羊多莉为什么重要?它是从哪来的?

动物细胞工程与植物细胞工程最大的差别在于:动物细胞不能仅靠一个细胞长成完整个体(哺乳动物成熟红细胞甚至没有细胞核),因此它的技术目标是培养细胞、融合细胞或转移细胞核,而不是再生植株。

正文

定义

动物细胞工程是以动物细胞为对象,通过体外培养、融合、核移植等手段改造细胞或生产有用物质的技术。

动物细胞培养

定义

动物细胞培养是从动物体内取出组织,分散成单个细胞,在适宜条件下使其在体外增殖的技术。

与植物组织培养的区别

项目动物细胞培养植物组织培养
培养基液体,含血清固体或液体,含蔗糖和植物激素
能否成个体不能能,经脱分化再分化
接触抑制有无
细胞来源胚胎或成体组织外植体
主要目的获得细胞或产物获得植株或次生代谢物

动物细胞培养基必须含血清(或使用无血清培养基加生长因子),因为动物细胞对营养要求更复杂,需要胰岛素、转铁蛋白、各类生长因子等。植物细胞则用蔗糖作为碳源即可。

培养过程

动物组织
  ↓ 胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理
单个细胞
  ↓ 原代培养(首次培养)
贴壁生长、接触抑制
  ↓ 传代培养(分瓶继续培养)
细胞系
阶段名称要点
分散酶解胰蛋白酶分解细胞间蛋白
第一次原代培养细胞贴壁、开始增殖
后续传代培养细胞长满后分瓶,否则接触抑制停止增殖
结果细胞系可连续传代的细胞群体

接触抑制是动物细胞的特性:细胞长满培养瓶壁、彼此接触时停止分裂。这要求及时传代,否则细胞会停止增殖并逐渐死亡。

为什么用胰蛋白酶? 动物细胞间质主要是蛋白质,胰蛋白酶可以分解它们,使细胞分散。注意胰蛋白酶消化时间不能过长,否则会损伤细胞膜。

应用

应用说明
生产疫苗病毒需在活细胞内培养,如狂犬疫苗
生产蛋白质药物干扰素、促红细胞生成素
检测毒性药物和化妆品的细胞毒性测试
医学研究肿瘤细胞系、干细胞研究
器官移植组织工程中的种子细胞

动物细胞融合与单克隆抗体

定义

动物细胞融合是两个或多个动物细胞合并成一个细胞的过程,也称细胞杂交。最重要的应用是制备单克隆抗体。

单克隆抗体的制备

传统方法是用抗原免疫动物,从血清中提取抗体。问题是血清中含多种抗体,目标抗体只占一小部分,纯度低、产量受限。

单克隆抗体的关键思路是把两种细胞的能力合在一起:

细胞能力缺陷
B 淋巴细胞产生特异性抗体体外不能无限增殖
骨髓瘤细胞体外无限增殖不产生抗体
杂交瘤细胞既产抗体又无限增殖—
B 淋巴细胞 + 骨髓瘤细胞
  ↓ PEG 或灭活病毒诱导融合
杂交瘤细胞
  ↓ 两次筛选
能产生特定抗体的杂交瘤细胞
  ↓ 体内或体外培养
单克隆抗体
筛选目的
第一次(HAT 培养基)筛掉未融合细胞和同源融合细胞,只留杂交瘤
第二次(专一抗体检测)从杂交瘤中选出产生目标抗体的克隆

为什么叫”单克隆”? 一个杂交瘤细胞经分裂形成的细胞群是单克隆,它们产生的抗体完全相同,因此纯度高、特异性强。

比较传统抗血清单克隆抗体
纯度低,含多种抗体高,单一抗体
产量受动物限制可无限生产
特异性较强但混杂极强
应用被动免疫靶向治疗、诊断试剂

单克隆抗体的医学应用包括:肿瘤靶向治疗(如曲妥珠单抗)、器官移植抗排斥、自身免疫病治疗、妊娠检测试纸。

动物体细胞核移植与克隆

定义

核移植是把一个细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中,使其发育成新个体的技术,即克隆。

流程(以多莉羊为例)

供体体细胞(乳腺上皮细胞)
  ↓ 取出细胞核
去核卵母细胞(来自另一只羊)
  ↓ 核移植
重组细胞
  ↓ 电激或化学激活
重组胚胎
  ↓ 移植到代孕母羊
克隆个体
步骤要点
取核供体细胞需处于 期(血清饥饿诱导)
去核用显微操作或紫外线去除卵母细胞核
融合电融合或直接注入
激活模拟受精时的钙信号
移植早期胚胎移入代孕母体

为什么用卵母细胞? 卵母细胞含有重编程因子,能把已分化的体细胞核”重置”为全能状态。这正是克隆的技术核心——不是复制细胞核,而是让细胞核回到起点。

多莉羊的意义:

  1. 证明已分化的体细胞核仍具有全能性
  2. 说明分化是表观遗传改变,而非遗传物质丢失
  3. 开启了哺乳动物克隆的技术路线

克隆的局限:

问题说明
效率低多莉是 277 个重组胚胎中唯一成活的
发育异常克隆动物常有大缺陷、早衰
表观重编程不完全印记基因未完全重置
伦理争议生殖性克隆人涉及严重伦理问题

三种技术的对比

技术操作对象目的能否成个体
动物细胞培养单个细胞增殖获取细胞或产物不能
细胞融合两个细胞获得杂交细胞(杂交瘤)不能
核移植细胞核 + 去核卵获得克隆个体能

常见误区

错误说法问题
”动物细胞培养能长成动物”只能增殖,不能分化成个体
”单克隆抗体来自一个 B 细胞”来自一个杂交瘤细胞
”克隆是无性繁殖所以完全复制”核 DNA 相同,但线粒体 DNA 和表观状态可能不同
”杂交瘤细胞就是癌细胞”含骨髓瘤成分,但受控培养
”核移植不需要卵母细胞”卵母细胞提供重编程环境和细胞质

引出

为什么杂交瘤技术需要两次筛选?

克隆动物的线粒体 DNA 来自哪里?这如何影响”克隆是否完全相同”?

胚胎工程与核移植是什么关系?