細胞工程的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用

細胞培養(yǎng)細胞培養(yǎng)的分類培養(yǎng)細胞的主要形態(tài)類型細胞在體外可以無限增殖培養(yǎng)嗎？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。原代細胞培養(yǎng)

(primaryculture)細胞培養(yǎng)的分類傳代細胞培養(yǎng)

(secondaryculture,subculture)

培養(yǎng)細胞形態(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)細胞屬于此類型，包括上皮細胞、成纖維細胞、多角形細胞等懸浮型：不必附著于固相支持物表面，可在懸浮狀態(tài)下生長；如白細胞、巨噬細胞LifespanofculturedhumancellsSenescence(M1)Crisis(M2)

細胞工程的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用

一、細胞工程的概念細胞工程（CellEngineering)指以細胞為對象，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，以獲得特定的細胞、組織產(chǎn)品或新型物種的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。細胞工程一般指以動植物為研究對象，可以是完整的細胞、組織或器官、胚胎，也可以是原生質(zhì)體、細胞核、染色體、細胞器等。細胞工程與基因工程、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。生物工程技術(shù)體系及其發(fā)展關(guān)系細胞生物學(xué)是細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)等也是細胞工程的理論基礎(chǔ)。細胞工程與其他學(xué)科、技術(shù)的關(guān)系二、細胞工程的發(fā)展歷史細胞工程的發(fā)展經(jīng)歷了探索期、誕生期、快速發(fā)展期

1665年英國物理學(xué)家RobertHooke（胡克、虎克）發(fā)現(xiàn)了第一個植物細胞，稱之為“Cell”（小室）。細胞的發(fā)現(xiàn)細胞是生命的基本單位；

一切動物和植物都由細胞組成；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》細胞學(xué)說的誕生MatthiasJacobSchleidenTheodarSchwannRudolfVirchow

1855德國人R.Virchow提出“一切細胞來源于已有的細胞”的著名論斷；進一步完善了細胞學(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有機體是由細胞構(gòu)成的；②細胞是構(gòu)成有機體的基本單位；③新細胞來源于已存在細胞的分裂。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利用海膽細胞胚胎分離成單細胞，通過細胞培養(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1902年，德國植物學(xué)家Haberlandt提出細胞全能性學(xué)說，并嘗試進行植物單個細胞離體培養(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)胡蘿卜的體細胞可分化成體細胞胚，這成為植物組織培養(yǎng)領(lǐng)域的一個重大突破，同時也驗證了細胞全能性學(xué)說。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成功進行了倉鼠腎細胞的懸浮培養(yǎng)，為動物細胞大規(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胞雜種植株。1973年，農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒的發(fā)現(xiàn)，極大促進了植物轉(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1973年，童第周成功進行核移植，獲得種間雜種魚。1975年，Kohler和Milstein建立小鼠淋巴細胞雜交瘤技術(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。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。證實高等動物體細胞核的全能性。細胞工程歷史上的一個里程碑。BreastcellJohnB.Gurdon

discoveredin1962thatthespecialisationofcellsisreversible.Inaclassicexperiment,hereplacedtheimmaturecellnucleusinaneggcellofafrogwiththenucleusfromamatureintestinalcell.Thismodifiedeggcelldevelopedintoanormaltadpole.

TheDNAofthematurecellstillhadalltheinformationneededtodevelopallcellsinthefrog.ShinyaYamanaka

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

(inducedpluripotentstemcells,iPScells)三、細胞工程的應(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.新品種培育指在細胞、細胞器、細胞核、染色體或組織水平上進行遺傳性狀改良。包括原生質(zhì)體誘變、細胞融合、單倍體/多倍體育種、雌雄核發(fā)育、胚胎嵌（融）合等技術(shù)。3.細胞工程生物制品利用動植物細胞、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。動物細胞生物制藥哺乳動物細胞表達的蛋白可以經(jīng)修飾成具有活性的蛋白產(chǎn)品，明顯優(yōu)于酵母、大腸桿菌表達系統(tǒng)。倉鼠腎細胞生產(chǎn)狂犬病毒疫苗、乙腦疫苗；幼地鼠腎（BHK21）細胞生產(chǎn)口蹄疫疫