《chp20细胞生长》PPT课件.ppt

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1、第二十章 细胞生长调节因子与组 织制剂 第一节 细胞生长调节因子的概述 一、细胞生长调节因子的概念 细胞生长调节因子系在体内和体外对效应细胞 的生长、增殖和分化起调控作用的一类物质。 细胞生长因子常称为生长因子，实际上应包 括负性细胞生长因子，即细胞生长抑制因子，因 此以细胞生长调节因子来表达广义的细胞生长因 子。 二、细胞因子的共同特性 共同的特征 ： 1、绝大多数细胞因子是低分子量（ 15 30kD）的 蛋白或糖蛋白。 2、细胞因子可以旁分泌、自分泌或内分泌的方式 发挥作用。 3、一种细胞可产生多种细胞因子，不同类型的细 胞也可产生一种或几种相同的细胞因子 三 细胞因子的分类和生物学活性

2、细胞因子的种类 细胞因子可被分为白细胞介素、干扰素、肿 瘤坏死因子、集落刺激因子、生长因子和趋化 性细胞因子六类。 白细胞介素（ IL）最初是指由白细胞产生又在 白细胞间发挥作用的细胞因子，后来发现白细 胞介素可由其他细胞产生，也可作用于其他细 胞。 干扰素（ IFN） 是 最先发现的细胞因子 ，因其具有干扰病 毒 感染和复制 的能力 故称干扰素 。根据来源和理化性质， 可将干扰素分为 、 和 三种类型 。 IFN- 主要由 白细 胞、成纤维细胞和病毒感染的组织细胞产生 ，也称为 型 干扰素 。 IFN-主要由活化 T细胞和 NK细胞产生 ，也称为 型干扰素 。 肿瘤坏死因子（ TNF）一种能

3、使肿瘤发生出血坏死 的物质。 肿瘤坏死因子分为 TNF-和 TNF-两种 ，前者主 要由 活化的单核 -巨噬细胞 产生，抗原刺激的 T细胞、活化 的 NK细胞和肥大细胞也分泌 TNF-。 TNF- 主要由活化 的 T细胞 产生，又称 淋巴毒素 。 集落刺激因子（ CSF）是指能够刺激多能造血干细胞和不同 发育分化阶段的造血干细胞进行增殖分化，并在半固体培 养基中形成相应细胞集落的细胞因子。 生长因子（ GF）是具有刺激细胞生长作用的细胞因子。 多种未以生长因子命名的细胞因子也具有刺激细胞生长的 作用，从这个意义上讲，它们也是生长因子，如 IL-2是 T 细胞的生长因子， TNF是成纤维细胞的生

4、长因子。有些生 长因子在一定条件下也可表现对免疫应答的抑制活性，如 TGF可抑制细胞毒性 T淋巴细胞（ CTL）的成熟及巨噬细 胞的激活。 趋化性细胞因子是一个蛋白质家族，由十余种结构 有较大同源性、分子量多为 8 10kD的蛋白组成。 趋化性细胞因子主要由白细胞与造血微环境中 的基质细胞分泌，可结合在内皮细胞的表面，具 有对中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞、嗜酸性 粒细胞和嗜碱性粒细胞的趋化和激活活性。 淋巴细胞趋化蛋白，对淋巴细胞有趋化作用 。 二、细胞生长调节因子的一般制备方法与活性测定 （）一般制备方法 细胞生长调节因子以提取方法制备得量很低，主 要是通过 组织培养 获得。 动物细胞培养

5、 1、基本概念 体外培养 就是将活的 生物体结构成分 或者活的 微 小个体 放到体外环境中让共 生存和生长 的技术。 部分培养 所培养的生物成分无外乎有两种结构形 式，其一是小块组织或称为 组织块 ，其二是将生物组 织分散后制成的 单个细胞 。 体外培养分为 原代培养 和 继代培养 两大类。 体外培养可分为植块培养法和分离（散）细 胞培养法两大类方法。前者就是将植块直 接进行培养，使之在体外条件下存活和生 长；而后者就是将细胞悬液用于培养，使 分散的细胞在体外条件下存活和生长。 体外培养的结果无外乎有两种，一是维持生 存，一是发生显著增长。 动物细胞的结构较原核细胞复杂得多，而且 已不是靠一个

6、细胞包办一切生理活动，各 种细胞都有明确的分工。为了适应其功能 的需要，细胞的形态也有了相应的变化， 我们称这种变化为分化（或称特化）。我 们通常将离体培养的细胞分为两类：贴壁 依赖型和贴壁非依赖型，前者可简称为贴 壁细胞，后者可简称为悬浮细胞。 2）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 物细胞对周围环境十分敏感动物细胞对培养 基的要求高 动物细胞培养基大致可以分成 3类： 天然培养基 在细胞培养的早期阶段人们多采用该类材料做培 养基，如血浆凝块、血清、淋巴液、胚胎浸液以及 羊水、腹水等。 合成培养基 成分明确的化学试剂配制

7、而成 。单纯采用这种 合成培养基，细胞常常仍不能很好地增殖，甚至细 胞都不能贴壁。因此在使用时常常需要加人一定量 的动物血清，最常用的是添加 5 10%的小牛血清。 在杂交瘤细胞的培养中，血清的要求更高，常需用 10% 20的胎牛血清。 无血清培养基 动物细胞蛋白修饰功能与细菌不同 动物细胞的蛋白质合成除了在游离的核糖体上进行外，还在与 糙面内质网上结合的核糖体上进行。在游离核糖体上合成的蛋白 质都用于细胞质基质内，而在与膜结合的核糖体上合成的蛋白质 是分泌性的和膜中的整合蛋白，它们多数为糖蛋白。这些寡糖链， 有的在内质网中加接，有的在高尔基体内加接。在内质网中加接 的是 N-链寡糖，在高尔基

8、体内加接的是 O-链寡糖，蛋白质的糖基 化与细胞的许多生理功能密切相关，如细胞识别、表面受体、胞 内消化和外排分泌物等。原核生物由于缺少糙面内质网结构，因 此无法对蛋白质迸行糖基化和其他一系列翻译后修饰。 综观动物细胞的上述 6点生理特点，不难想象，与采用原核细胞 相比，采用动物细胞作为宿主细胞生产药品，有它不足的一面， 如培养条件要求高、成本贵，产量低等；但也有它优越的一面， 即它们多半是分泌在胞外的，收集纯化方便；得到了较完善的翻 译后修饰，特别是糖基化，因此更与天然的产品一致，更适于临 床使用。 3、生产用动物细胞的要求 （ 1）、什么样的细胞允许用以生产人用的药品 。 正常组织分离的原

9、代细胞 只要是二倍体细胞，二倍体细胞的寿命一般都不会 超过 50代。 取消了对传代细胞使用的限制 （ 2）、用于生产的动物细胞不外乎 3类 原代细胞 原代细胞是直接取自动物组织、器官，经过粉碎、 消化而获得的细胞悬液。 二倍体细胞系 原代细胞经过传代、筛选、克隆，从而从多种细胞成分 的组织中挑选并纯化出某种具有一定特征的细胞株。 转化细胞系 这类细胞是通过某个转化过程形成的，它常常由于染色体 的断裂变成了异倍体，从而失去了正常细胞的特点，而获 得了无限增殖的能力。 这种转化过程可以是自发的，即正常细胞在传代培养过 程中，大部分细胞随着传代次数的增加，寿命逐渐终结， 但其中有个别细胞可自发地转化

10、而形成有无限生命力的细 胞系。 此外，直接从动物的肿瘤组织中建立的细 胞系也是转化的细胞。由于转化的细胞具 有无限生命力，而且常常倍增时间较短， 对培养条件和生长因子等要求较低，故更 适于大规模工业化生产的需要 4、基因工程细胞的构建和筛选 尽管上述的原代细胞、二倍体细胞系和转化细胞系三者 都已被用于生产中，但在生产中采用更多的、更有前景的 是融合细胞及采用基因工程手段构建的各种工程细胞。 （ 1）、真核细胞基因表达载体的构建 为了要将外源基因在动物细胞中高效表达，首先要将 其构建在一个高效表达载体内。目前一般使用的载体有两 类： 一类是病毒载体，如牛痘病毒、腺病毒、逆转录病毒和杆状 病毒等。

11、 另一类是质粒载体，而且常常是穿梭质粒载体，即在细菌和 哺乳动物细胞两者体内都能扩增。 （ 2）、基因载体的导人和高效表达工程细胞株的筛选 载体构建后，如何导人动物细胞呢？目前的方法大致可分为 4 类 ： 融合法 化学法 物理法 病毒法 细胞融合法 DNA-磷酸钙沉淀法 电穿孔法 重组逆转 录病毒介导法 脂质体介导法 DEAE一葡聚糖法 显微注射法 重组洲 A病 毒介导法 原生质融合法 染色体介导法 基因枪法 多瘤病 毒样颗粒介导法 微细胞介导法 鬼影红细胞介导法 外源基因导入动物细胞的效率是很低的， 依靠构建载体内的选择标记采用相应的筛 选系统 ，从上百万个细胞中筛选出已整合 并表达外源基因

12、的工程细胞 。 FDA的规定，用于生产的工程细胞必须建立 两个细胞库：原始细胞库和生产用细胞库。 5、动物细胞的培养条件 （ 1）所有的与细胞接触的设备、器材和溶液，都必 须保持绝对无菌，避免细胞外微生物的污染。 （ 2）必须有足够的营养供应，绝对不可有有害的物 质，避免即使是极微量的有害离子的掺入。 （ 3）保证有适量的氧气供应。 （ 4）需随时清除细胞代谢中产生的有害产物。 （ 5）有良好的适于生存的外界环境，包括 pH、渗 透压和离子浓度等。 （ 6）及时分种，保持合适的细胞密度。 6、动物细胞大规模培养的方法 动物细胞培养的方法，一般可根据培养细胞的种 类分为原代细胞培养和传代细胞培养

13、。 又可根据培养基的不同分为液体培养和固体培养。 还可根据培养容器和方式的不同分为静止培养、 旋转培养、搅拌培养、微载体培养、中空纤维培养、 固定床或流化床培养等。 但从生产实际看，动物细胞的大规模培养主要可 分为悬浮培养、贴壁培养和贴壁 -悬浮培养。 1、悬浮培养 所谓悬浮培养即让细胞自由地悬浮于培养基内 生长增殖。 2、贴壁培养是必须让细胞贴附在某种基质上生长繁殖的培 养方法。它适用于一切贴附依赖性细胞（贝占壁细胞）， 也适用于兼性贴壁细胞。该方法的优缺点与悬浮培养正 好相反，优点是适用的细胞种类广（因为生产中所使用 的细胞绝大多数是贴壁细胞），较容易采用灌流培养的 方式使细胞达到高密度

14、。 3、贴壁一悬浮培养，或称假悬浮培养 （ 1）微载体培养 （ 2）包埋和微囊培养 动物细胞生物反应器 1、搅拌罐式生物反应器 2、气升式生物反应器 3、中空纤维式生物反应器 4、透析袋或膜式生物反应器 5、固定床或流化床生物反应器 植物组织和细胞培养 是指在无菌和人工控制的营养 （ 培养基 ） 及环境条件 （ 光照 、 温度等 ） 下 ， 研究植 物的细胞 、 组织和器官以及控制其生长发育的技术 。 植 物 细 胞 培 养 一、基本概念 1、植物组织和细胞培养 幼苗及较大植株的培养，即为“ 植物培养 ” ； 从植物体各种器官的外植体增殖而形成的愈伤组 织的培养叫做“ 愈伤组织培养 ” ； 植

15、物无菌培养技术分如下几类： 能够保持较好分散性的 离体细胞 或 较小细胞团 的液 体培养，称为“ 悬浮培养 ” ； 离体器官的培养，如茎尖、根尖、叶片、花器官各 部分 原基 或 未成熟的花器官 各部分以及未成熟果实的 培养，称为“ 器官培养 ” 未成熟或成熟的胚胎 的离体培养，则为“ 胚胎培 养 ” 。 悬浮培养 是指在液体培养基中 ， 能够保持良好分散性 的细胞和小的细胞聚集体的培养 。 在此培养条件下组 织化水平较低 。 2、悬浮培养 3、 细胞培养 分生组织培养 又称 生长锥培养 ，是指在人工培养基 上培养茎端分生组织细胞。分生组织，如茎尖分生 组织的部位仅限于顶端 圆锥区 ，其长度不超

16、过 0.1 mm。研究表明，通过组织培养技术进行植物的快速 繁殖试验时往往并没有利用这么小的外植体，而是 利用较大的茎尖组织，通常包括 1 2个叶原基。 4、 分生组织培养 细胞培养是指利用单个细胞进行液体或固体培养 ， 诱 导其 增殖及分化 。 其目的是为了得到 单细胞无性繁殖 系 。 5、 外植体 外植体 是指用于植物组织 （ 细胞 ） 培养的器官或组 织 （ 的 切段 ） ， 植物的各部位如根 、 茎 、 叶 、 花 、 果 、 穗 、 胚珠 、 胚乳 、 花药和花粉等均可作为外植体进行 组织培养 。 6、 器官形成 器官形成 一般是指在组织培养或悬浮培养物中芽、 根或花等器官的 分化与

17、形成 。或者在先形成的 小根基 部迅速形成愈伤组织 ，然后再 形成芽 ；或者在不同部 位分别形成 芽和根 之后，再形成 维管组织 而将二者连 成一个轴，最后形成 小植株 。 如果在培养过程中小植株的发生途径与正常的受精卵 发育方式 极为近似 时 ， 通常称为 “ 胚胎形成 ” 。 当 在体细胞或花药培养中培养物是小孢子这样的 单倍体 细胞 ， 其所形成的胚胎结构叫做 “ 胚状体 ” （ 或 “ 不 定胚 ” ） 。 7、 无性繁殖系 无性繁殖系 （ clone） 又叫 克隆 ， 是指使用母体培 养物反复进行 继代培养 时 ， 通过同种外植体而获得越 来越多的无性繁殖后代而言 ， 如 根无性系

18、、 组织无性 系 、 悬浮培养物无性系 等 。 在上述 无性系 的培养中 ， 有时其局部的组织无论在结构 、 生长速度以及颜色方 面都表现出明显的区别 ， 如继续进行 选择培养 ， 则从 同一无性系可分离形成二个或多个不同的系列 ， 该系 列称为 “ 无性系的变异体 ” 8、 突变体 细胞本身发生遗传变异或应用诱变处理发生的遗传 变异所得的新细胞 ， 即为 突变体 。 由单细胞形成的无 性系称为 “ 单细胞无性系 ” ；如果这种单细胞无性系 是从同一组织分离得到的 ， 并彼此不同时 ， 叫做 “ 单 细胞变异体 ” 。 9、 继代培养 由最初的外植体上切下的新增殖的组织 ， 培养一代 称为 “

19、 第一代培养 ” 。 连续多代的培养即为 “ 继代培 养 ” ， 又称 “ 连续培养 ” 。 但习惯上 “ 连续培养 ” 一 词多用于不断加人新的培养基 ， 并连续收集培养物以 保持平衡而进行的长期不转移的悬浮培养 。 二 、 植物细胞的结构特征 植物细胞由 细胞壁和原生质体 两部分组成 。 原生质体 包括细胞质 、 细胞核和液泡 。 细胞质和细胞核组成原 生质 。 后含物常存在于细胞质和液泡中 。 与动物细胞 与微生物细胞相比 ， 植物细胞有 3个特点 ， 即具有 细 胞壁 、 液泡和质体 （ 如叶绿体 ） 通常要采用化学或机械的方法加以控制 。 植物细胞培养的基本技术 、 植物材料的准备

20、用于植物组织培养的 外植体 ， 必须是无杂菌材料 。 如果不是取自 种子库 ， 而是来自温室或生长在大田植 物的种子 、 幼苗 、 器官 、 组织等 ， 因此培养前必须对 外植体进行严格的 灭菌处理 。 原则上 应尽可能选择那些 灭菌后易于除去或容易分 解的试剂 。 灭菌剂的 选择和处理时间 的长短取决于所 用材料对试剂的敏感性 。 二 、 培养基及其组成 培养基实际上是植物离体器官 、 组织或细胞等的 “ 无菌土壤 ” ， 其特点是营养成分的可调控性 。 植物组织和细胞培养所用培养基种类较多，但通 常都含有无机盐、碳源、有机氮源、植物生长激素、 维生素等化学成分。 1、 无机盐 2、 碳源

21、植物细胞培养物通常均为异养细胞 。 因此 ， 人们经 常使用碳水化合物 、 肌醇作为碳源 ， 有时也用甘油 、 乳糖和半乳糖等化合物 。 有些培养物还可通过同化二氧化碳而获得所需的能 量 ， 此所谓 光自养培养物 。 3、 植物生长调节剂 植物激素 是指植物代谢过程中形成的生长调节物质， 在极低浓度时即能调节植物的生育过程，并 能从合成 部位转运到作用部位而发挥作用 。植物激素只限于天 然产生的调节物质，到目前为止，已发现植物组织中 可以形成 5种植物激素，即 生长素、分裂素、赤霉素、 脱落酸和乙烯。 4、 有机氮源 5、 维生素 三、培养方法 植物细胞培养，按培养对象来说，可分为 原生质 体

22、培养和单倍体细胞培养 ；按培养基类型可分为 固 体培养和液体培养 ；按培养方式可分为 悬浮细胞培 养和固定化细胞培养 。 所谓 固体培养 系统实际上包括利用琼脂作为支持物 的固体培养和固定化细胞培养。 固体培养的特点是 简便易行 、所占 空间小 。 但也有一些 缺点 ： 外植体或其愈伤组织仅有一部分与培养基相接触， 该部位的营养物质可被迅速吸收，从而形成培养基中 营养物质的浓度差，并进而导致愈伤组织生长的不平 衡； 由于外植体的基部插人固体培养基中，因此该 处呈现 气体交换不畅 的状态，阻碍了组织呼吸作用的 正常进行，同时也会堆积生长过程中排出的 有害物质 ； 在静止状态下，由于重力作用，以及

23、光线从上部 或一侧射人，因而在愈伤组织细胞间出现了 极化现象 ， 结果导致细胞群体的不均匀状态。 固体培养物有时需要测定一些生理生化指标 。 常用的 固化剂 有 琼脂、藻酸盐、角叉藻聚糖、明胶、 羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、淀粉和硅胶 等。 外植体在培养 3周左右 必须移换至新鲜培养基上，以 保持培养物的继续正常生长。移换一次培养基称一次 继代培养 。一种外植体经过 一定次数 的继代培养，其 培养物就可用于 悬浮培养 。由于外植体诱导形成的愈 伤组织开始比较紧密坚实，所以需要经过较长时间的 多次继代培养后， 愈伤组织变得较为疏松 时才能进行 悬浮培养。 液体培养系统包括小规模的 悬浮培养 和大规

24、模的 成批培养 、半 连续和连续培养 。悬浮培养可分为 静止 和振荡 两类。静止液体培养具有简便易行的特点，而 且培养基还不会出现营养物质浓度差的现象。振荡液 体培养，是使悬浮细胞在液体培养基中，并不断振 （转）动下进行培养。 1、成批培养法 将培养基一次性加入反应器，接种、培养一定时间后 收获细胞的操作方式称为成批培养法 。 植物细胞培养过程中，次级代谢产物的大量累积往 往发生在细胞生长的 稳定期 ，人们基于此原理设计了 植物细胞的 两步培养法 ，即使用两个生物反应器，第 一个反应器用于细胞生物量的 累积 ，第二个反应器用 于次级代谢产物的 生产 。 2、 半连续培养法 在反应器中投料和接种

25、培养一段时间后，将部分培 养液和新鲜培养液进行交换的培养方法称为 半连续培 养法。 3、 连续培养法 连续培养法是利用连续培养反应器 ， 在投料和接种 培养一段时间后 ， 以一定速度连续采集细胞和培养液 ， 并以同样速度供给新鲜培养基以使细胞生长环境长期 维持恒定的方法 。 4、 固定化培养法 植物次级代谢产物的累积主要在细胞生长的稳定期 ， 表明细胞 成块而趋于分化 时 ， 细胞块中各个细胞处于 一定 理化梯度 之下 ， 此现象与完整植株类似 ， 由此人 们提出了植物细胞固定化培养技术 。 细胞位置固定 ， 易于获得 高密度细胞群体 及维持细 胞间的 物理化学梯度 ， 利于细胞组织化 ， 易

26、于控制培 养条件及获得 次级代谢产物 。 细胞生长过程可归纳为 ： 生长细胞体积倍增 ， 可制备同步化的细胞 。 生长细胞复制 DNA， 也有蛋白质的含量变化 。 制备中应特别注意以下几点 ： （ 1） 生产中必须保证生产条件的一致性 ， 以免影响 质量 。 （ 2） 使用转化细胞系 （ 特别是肿瘤原性细胞系 ） 作 为制备细胞因子的基质 ， 应使用严格的纯化手段 ， 以 去除可能引起安全性问题的污染物 。 （ 3） 在外来宿主中表达的天然的基因编码的细胞因 子 ， 其结构 、 生物学或免疫学性质可能与天然的细胞 因子不同 。 （ 4） 生长程序中可能带来有害的中间产物 ， 如内毒 素 、 表

27、达产物中潜在的致癌性 DNA。 （ 5）制定生产规程应详尽介绍细胞系、添加物（如 诱生剂）、增强对或其他物质（如抗生素）等的特性。 二、测定方法 分离纯化后的细胞生长调节因子 ， 常用放射免疫 法直接测定 ， 但其 活性 和 细胞生物学作用机制 方面的 研究仍采用 细胞培养测定活性 。 测定中注意以下几点： （ 1） 必须根据因子的作用特性 ， 掌握其生长需求条 件 ， 排除 细胞代谢产物 的影响 ， 若出现 生长抑制 的现 象 ， 可增加或 更换新鲜培养液 。 （ 2） 选择适宜的细胞培养系统和敏感的靶细胞 。 （ 3） 作用效应指标的选择 。 （ 4）必须采取特异性生物学试验来评价其活性。

28、 （ 5）应测定 比活性 ，并有高纯度的参照品。 三、重要的细胞生长因 子 1、结构和性质 人促红细胞生成素（ hEPO）是由 166个或基酸残基组 成的糖蛋白激素。其分子量为 21.3KD，水解并除去 27 个疏水氨基酸肽段后得到分子量 18.4KD的激素。基因 工程生产的 hEPO分子量为 23KD，比天然产物大，说 明有少量低聚糖化。 4、 作用与用途 促红细胞生成素主要由肾脏分泌，也可由巨噬细胞 或其他细胞产生，具有刺激活体内增生红细胞的功能。 （二）表皮细胞生长因子 1962年从中提取出一种多肽能直接刺激表皮的生长 和角化，故命名为表皮生长因子。 hEGF分子量为 6.2KD,等电点

29、 pH4.5 。 表 皮 生 长 因 子 4、作用与用途 EGF能促进细胞的增殖 ;实验证明 EGF对体外培养的 细胞的 增殖刺激作用 不限于上皮细胞，其作用是 广谱 的。 （三）抑素 专指组织特异性的 抗分裂素物质 。定义为一种由 机体内某种组织产生并通过 抑制有丝分裂作用 来控制 该组织生长的物质。 抑素 是一组与核酸或多糖有关的 生物活性蛋白质或 多肽 ，其抑裂活性具 组织特异性 而 无种属特异性 ，也 无细胞毒作用 。 可望在治疗肿瘤或免疫排斥等方面发挥作用 。 第二节 组织制剂 一、 组织制剂 系指采用动物的组织、器官、腺体等提 取得到的具有生理作用的混合制剂。 该制剂所含成分未经纯

30、化成单一组分，常常含有 多肽、激素、核梭类物质、多糖及少量蛋白质等多种 成分，组成较为复杂。 二 、 组织制剂的一般制备方法 该类制剂的一般制备程序是： （ 1） 将组织 、 器官 、 腺体等原料粉碎 。 （ 2） 采用亲水性溶剂将其有生物作用的物质提取出 来 。 （ 3） 依据蛋白质的特点 ， 采用适当的分离手段如 等 电点沉淀 、 盐析 、 有机溶剂沉淀 、 吸咐 、 离子交换 、 超滤等 除去非有效成分 ， 特别是异种蛋白 。 （ 4） 提取物经浓缩或冷冻干燥成半成品 （ 5） 将半成品再配制成适宜的剂型 。 三、组织制剂的生理活性和临床应用 传统的中医中药结合现代提取、分离手段，则形成 为当今的动物组织提取制剂，井在临床应用中占有一 席之地。