蘇教版生物胚胎干細(xì)胞的研究及其應(yīng)用

第二節(jié)胚胎干細(xì)胞的研究及其應(yīng)用課標(biāo)領(lǐng)航通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，我能夠1．闡述胚胎干細(xì)胞及其研究進(jìn)展。2．舉例說出胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用。情景導(dǎo)引據(jù)報(bào)道，13株胚胎干細(xì)胞系通過美國NIH審核，成為首批合法干細(xì)胞系。這將意味著今后由這13株干細(xì)胞系產(chǎn)生的干細(xì)胞，可以安全地應(yīng)用于各種醫(yī)學(xué)研究中，使用者不僅不會(huì)受到倫理責(zé)難，還會(huì)得到政府基金的支持。什么是胚胎干細(xì)胞？胚胎干細(xì)胞有哪些應(yīng)用前景？

核心要點(diǎn)突破知能過關(guān)演練第二節(jié)基礎(chǔ)自主梳理基礎(chǔ)自主梳理一、胚胎干細(xì)胞及其研究進(jìn)展1．干細(xì)胞是動(dòng)物胚胎及某些器官中具有____________和多向分化潛能的原始細(xì)胞，是重建、修復(fù)病損或衰老組織器官功能的種子細(xì)胞。按照分化潛能的大小，干細(xì)胞基本上可以分為_______________________________________三類。自我復(fù)制專能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞、全能干細(xì)胞2．存在于胎兒、兒童和成人組織中的____________又統(tǒng)稱為成體干細(xì)胞。在特定的條件下，成體干細(xì)胞能產(chǎn)生___________，或者按照一定的程序分化而形成新的功能細(xì)胞，從而使組織和器官保持生長和衰退的動(dòng)態(tài)平衡。3．胚胎干細(xì)胞是在人胚胎發(fā)育早期的____中未分化的細(xì)胞，它可以進(jìn)一步分裂、分化，形成組織和器官，再逐步發(fā)育成個(gè)體。多能干細(xì)胞新的干細(xì)胞囊胚二、胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用1．對人胚胎干細(xì)胞的研究，可以幫助人們理解復(fù)雜的___________過程，使人們深刻認(rèn)識(shí)數(shù)十年來困擾著胚胎學(xué)家的一些基本問題，促進(jìn)對人胚胎發(fā)育細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)研究，從而揭示人與動(dòng)物的_____________及影響其發(fā)育的因素。人體發(fā)育發(fā)育機(jī)制2．在研究新藥對各種細(xì)胞的藥理和毒理試驗(yàn)中，胚胎干細(xì)胞為其在__________上的研究提供了材料，大大減少了新藥研究所需動(dòng)物的數(shù)量，從而降低了成本。3．胚胎干細(xì)胞在功能上類似于早期的胚胎細(xì)胞，因而有可能被用來揭示那些會(huì)干擾胎兒發(fā)育和引起出生缺陷的藥物的致病機(jī)理。通過胚胎干細(xì)胞，結(jié)合基因工程等還可以在試管中改良并創(chuàng)造動(dòng)物新品種，培育出________、__________、高產(chǎn)的家畜品種等。細(xì)胞水平生長快抗病力強(qiáng)思考感悟1．某人患有嚴(yán)重的尿毒癥，腎臟受損嚴(yán)重。功能衰退，經(jīng)長期的血液透析治療未能康復(fù)。你可否利用所學(xué)的胚胎干細(xì)胞技術(shù)為他提供可行的治療方法？【提示】可利用該人的體細(xì)胞核克隆出早期胚胎，或?qū)ふ业脚湫拖嘟鵁o明顯免疫排斥的早期胚胎，得到胚胎干細(xì)胞，誘導(dǎo)定向分化，獲得特異的腎臟細(xì)胞或組織甚至腎臟器官，然后移植給該患者。三、胚胎干細(xì)胞研究面臨的挑戰(zhàn)1．自從胚胎干細(xì)胞在1997年被分離出來后，各國政府和科學(xué)家就胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用展開了一場激烈的爭論，它給法律、倫理、國家和社會(huì)安全等方面帶來的沖擊是空前的。2．________________是一個(gè)瓶頸問題，如何獲得組織工程所需__________的數(shù)量，很值得研究；而如何得到純化的分化細(xì)胞也有很多工作要做。分化細(xì)胞的增殖種子細(xì)胞3．理論上講，胚胎干細(xì)胞可以分化成各種_______________，形成各種器官，然而，對胚胎干細(xì)胞向不同組織細(xì)胞“定向分化”的條件還不清楚，從而限制了胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用。4．干細(xì)胞的研究領(lǐng)域主要有：建立并完善維持胚胎干細(xì)胞__________與定向誘導(dǎo)分化的體系；研究轉(zhuǎn)基因或_______________的增殖與分化及其調(diào)控機(jī)制；誘導(dǎo)分化細(xì)胞性能分析與鑒定；體外重構(gòu)重要的組織與器官，探索克服移植排異等的技術(shù)與方法。組織細(xì)胞體外增殖轉(zhuǎn)核胚胎干細(xì)胞思考感悟2．為什么捐出一部分骨髓救治他人，不會(huì)給捐獻(xiàn)者的身體健康造成損傷？你愿意為救人一命而捐獻(xiàn)自己一部分骨髓嗎？為什么？【提示】

(1)所謂捐獻(xiàn)骨髓，實(shí)際上醫(yī)生只是從你的骨髓中分離出一部分造血干細(xì)胞供移植。因?yàn)樵煅杉?xì)胞在人的骨髓中相對較多，而在外周血液中卻很少。(2)干細(xì)胞的一個(gè)重要特點(diǎn)是自我更新能力很強(qiáng)，被分離走的那部分造血干細(xì)胞，很快就會(huì)被“補(bǔ)齊”。因此捐獻(xiàn)骨髓不會(huì)影響捐獻(xiàn)者的身體健康。(3)醫(yī)生只是在醫(yī)學(xué)公認(rèn)的安全條件下，分離出捐獻(xiàn)者有限數(shù)量的造血干細(xì)胞，而且整個(gè)抽取、分離過程，都是在設(shè)備良好的大醫(yī)院中進(jìn)行的，一般不會(huì)對捐獻(xiàn)者造成意外傷害。(4)捐獻(xiàn)有限造血干細(xì)胞救人一命，對個(gè)人來說是一種美德、一種欣慰和快樂，是一種高尚的人道主義表現(xiàn)。核心要點(diǎn)突破要點(diǎn)一有關(guān)干細(xì)胞的理解1．干細(xì)胞的概念干細(xì)胞是動(dòng)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(xì)胞，是重建、修復(fù)病損或衰老組織、器官功能的種子細(xì)胞。2．干細(xì)胞作用具有重建、修復(fù)病損或衰老組織、器官功能。3．干細(xì)胞分類名稱全能干細(xì)胞多能干細(xì)胞專能干細(xì)胞特點(diǎn)具有形成機(jī)體的任何組織或器官直至形成完整個(gè)體的潛能具有分化成多種細(xì)胞或組織的潛能，但不能發(fā)育成完整的個(gè)體只能分化成某一種類型或功能密切相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞舉例受精卵、胚胎干細(xì)胞造血干細(xì)胞神經(jīng)干細(xì)胞應(yīng)用用于病人的器官移植等造血干細(xì)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(xì)胞移植治療腦癱、頭顱外傷等病癥4.獲得干細(xì)胞的主要途徑(1)從體外培養(yǎng)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?！咎貏e提醒】

①干細(xì)胞與癌細(xì)胞不同。干細(xì)胞的遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生基因突變。②干細(xì)胞不僅能增殖，而且增殖的細(xì)胞還能正常分化。而癌細(xì)胞只能增殖，不能分化。

如圖為哺乳動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞及其分化的示意圖。請回答：例1(1)胚胎干細(xì)胞是從動(dòng)物胚胎發(fā)育至__________期的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中分離得到的一類細(xì)胞。(2)圖中分化程度最低的干細(xì)胞是__________。在體外培養(yǎng)條件下，培養(yǎng)液中加入__________因子，可誘導(dǎo)該種干細(xì)胞向不同類型的組織細(xì)胞分化。(3)在機(jī)體內(nèi)，皮膚干細(xì)胞分化成皮膚細(xì)胞是機(jī)體細(xì)胞中基因__________的結(jié)果。(4)某患者不能產(chǎn)生正常的白細(xì)胞，通過骨髓移植可以達(dá)到治療的目的，骨髓移植的實(shí)質(zhì)是將上圖的________________________________細(xì)胞移植到患者體內(nèi)。(5)若要克隆某種哺乳動(dòng)物，從理論上分析，上述紅細(xì)胞、白細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞中不能選用作為供體細(xì)胞的是成熟的__________，其原因是_____________________________________。【思路點(diǎn)撥】本題考查胚胎干細(xì)胞的相關(guān)知識(shí)，解答本題應(yīng)明確以下幾點(diǎn)：①胚胎干細(xì)胞的分類。②胚胎干細(xì)胞的特點(diǎn)及應(yīng)用。③細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)為基因的選擇性表達(dá)?！緡L試解答】

(1)囊胚(2)胚胎干細(xì)胞分化誘導(dǎo)(3)選擇性表達(dá)(4)造血干(5)紅細(xì)胞細(xì)胞中無細(xì)胞核【解析】

(1)胚胎干細(xì)胞是由早期胚胎中分離出來的一類細(xì)胞，囊胚階段細(xì)胞開始分化為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和滋養(yǎng)層細(xì)胞。(2)圖中分化程度最低的干細(xì)胞是胚胎干細(xì)胞，全能性最高，在體外培養(yǎng)條件下，培養(yǎng)液中加入分化誘導(dǎo)因子，該種干細(xì)胞可誘導(dǎo)分化形成不同類型的組織細(xì)胞。(3)細(xì)胞分化是細(xì)胞中基因選擇性表達(dá)的結(jié)果。(4)骨髓是人體的造血組織，存在造血干細(xì)胞，骨髓移植的實(shí)質(zhì)是將圖中的造血干細(xì)胞移植到患者體內(nèi)。(5)克隆某種哺乳動(dòng)物需要供體提供細(xì)胞核，而成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核，所以不能作為供體。跟蹤訓(xùn)練美國總統(tǒng)奧巴馬撤銷了布什發(fā)布的限制胚胎干細(xì)胞研究的行政命令，隨后美國食品和藥品管理局批準(zhǔn)了全球首宗人類胚胎干細(xì)胞治療臨床試驗(yàn)。胚胎干細(xì)胞是從哺乳動(dòng)物或人的早期胚胎中分離出來的一類細(xì)胞，具有發(fā)育的全能性，它可進(jìn)一步分化發(fā)育成各種不同的組織細(xì)胞。如圖所示為干細(xì)胞的培養(yǎng)過程，請問圖中哪一部分的細(xì)胞是全能干細(xì)胞(

)A．囊胚B．內(nèi)細(xì)胞團(tuán)C．血液組織干細(xì)胞

D．各種血細(xì)胞解析：選B。哺乳動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞是早期囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞，它具有發(fā)育的全能性，可進(jìn)一步分化形成造血干細(xì)胞和神經(jīng)干細(xì)胞等各種不同的全能干細(xì)胞。因此胚胎干細(xì)胞又叫全能干細(xì)胞。要點(diǎn)二胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用及面臨的挑戰(zhàn)1．原理細(xì)胞的全能性。2．應(yīng)用方向(1)如果科學(xué)家最終能夠成功誘導(dǎo)和調(diào)控胚胎干細(xì)胞的分化與增殖，將會(huì)給胚胎干細(xì)胞的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用帶來積極的影響。(2)對人胚胎干細(xì)胞的研究，能幫助人們理解人體的復(fù)雜的發(fā)育過程，認(rèn)識(shí)一些基本問題，促進(jìn)對人胚胎發(fā)育細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)研究，揭示人與動(dòng)物的發(fā)育機(jī)制及影響因素。(3)在研究新藥對各種細(xì)胞的藥理和毒理試驗(yàn)提供細(xì)胞水平上的材料，還有可能被用來揭示干擾胎兒發(fā)育和引起出生缺陷的藥物的致病機(jī)理。(4)能使人們更加深入地了解人的發(fā)育過程，為人類帶來全新的醫(yī)療手段。最誘人的是生產(chǎn)細(xì)胞或組織，為細(xì)胞或組織移植提供無免疫原性的材料。(5)通過胚胎干細(xì)胞，結(jié)合基因工程等能在試管中改良并創(chuàng)造動(dòng)物新品種。3．胚胎干細(xì)胞研究面臨的挑戰(zhàn)(1)安全性問題。(2)對培養(yǎng)條件的的優(yōu)化仍需要進(jìn)一步研究。(3)對胚胎干細(xì)胞向不同的組織細(xì)胞“定向分化”的條件還不清楚。(4)創(chuàng)造一種“萬能供者”細(xì)胞，需要破壞或改變細(xì)胞中的許多基因，其可行性仍不清楚。【特別提醒】成體干細(xì)胞是指存在于胎兒、兒童和成人組織中的多能干細(xì)胞，因?yàn)樗苄迯?fù)和再生成年動(dòng)物的許多組織和器官如表皮和造血系統(tǒng)而命名，并不是只存在于成體中才命名成體干細(xì)胞。

美、日兩國曾在《科學(xué)》和《細(xì)胞》兩份頂級學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表研究成果：將人體皮膚細(xì)胞改造成可以分化為多種細(xì)胞的“萬能細(xì)胞”。如圖是“萬能細(xì)胞”的誕生過程，圖中OCT4、SOX2、NANOG和LIN28是在胚胎干細(xì)胞中能高度表達(dá)并決定其“全能性”的四個(gè)基因，將改造后的“萬能細(xì)胞”植入小鼠身體上，

植入的細(xì)胞長成了“腫瘤”，“腫瘤”中出現(xiàn)了神經(jīng)、骨髓、肌肉等多種類型的細(xì)胞。請據(jù)圖回答下列問題：例2(1)胚胎干細(xì)胞又稱ES細(xì)胞，是由________________中分離出來的一類細(xì)胞，如果胚胎發(fā)育到了囊胚期，這時(shí)的________________細(xì)胞就是ES細(xì)胞。(2)胚胎干細(xì)胞在功能上具有發(fā)育的______________。(3)圖中逆轉(zhuǎn)錄病毒的作用是________________，過程③利用了逆轉(zhuǎn)錄病毒的____________特性。(4)萬能干細(xì)胞經(jīng)體外誘導(dǎo)分化，可以培育出人造組織器官，這樣培育的特殊細(xì)胞或器官移回病人體內(nèi)與異體器官移植相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是________________?！緡L試解答】

(1)早期胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(2)全能性(3)作為基因工程的載體感染(宿主細(xì)胞)(4)不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)【解析】

(1)結(jié)合動(dòng)物的個(gè)體發(fā)育過程可得出胚胎干細(xì)胞是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞，囊胚期的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)還沒有高度分化。(2)胚胎干細(xì)胞能發(fā)育成個(gè)體，體現(xiàn)了細(xì)胞的全能性。(3)能攜帶“目的基因”的逆轉(zhuǎn)錄病毒在基因工程中是作為載體的，利用其感染宿主細(xì)胞的能力。把目的基因帶入受體細(xì)胞。(4)器官移植最大的問題是發(fā)生異體免疫排斥反應(yīng)，如果是自身細(xì)胞發(fā)育來的器官就不會(huì)發(fā)生這種情況。跟蹤訓(xùn)練胚胎干細(xì)胞是全能干細(xì)胞，可定向誘導(dǎo)分化為各種細(xì)胞、組織、器官甚至于個(gè)