细胞分化范文

时间:2023-03-07 05:04:24

细胞分化

细胞分化范文第1篇

关键词:细胞分化;细胞分裂;个体发育;细胞全能性;基因表达

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2012)-10-0182-02

在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在形态结构和生理功能上发生稳定性的差异的过程称为细胞分化(cellular differentiation)。细胞分化是一种持久性的变化,细胞分化不仅发生在胚胎发育中,而是在一生都进行着,以补充衰老和死亡的细胞。也可以说,细胞分化是同一来源的细胞逐渐发生各自特有的形态结构、生理功能和生化特征的过程。其结果是在空间上细胞之间出现差异,在时间上同一细胞和它以前的状态有所不同。细胞分化是从化学分化到形态、功能分化的过程。正常情况下,细胞分化是稳定、不可逆的。一旦细胞受到某种刺激发生变化,开始向某一方向分化后,即使引起变化的刺激不再存在,分化仍能进行,并可通过细胞分裂不断继续下去。从分子水平看,细胞分化意味着各种细胞内合成了不同的专一蛋白质(如水晶体细胞合成晶体蛋白,红细胞合成血红蛋白,肌细胞合成肌动蛋白和肌球蛋白等),而专一蛋白质的合成是通过细胞内一定基因在一定的时期的选择性表达实现的。因此,基因的表达调控是细胞分化的核心问题。细胞分化与细胞分裂、个体发育、细胞全能性以及基因表达之间存在着怎样的联系呢?

一、细胞分化与细胞分裂

细胞分化是细胞形态、结构、生理功能发生稳定性差异的过程;细胞分裂是指一个细胞分裂为两个细胞的过程。细胞分裂通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生物中细胞分裂就是个体的繁殖,在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础,细胞分裂是数量上的增加。细胞的分裂和分化都是生物体重要的生命特征,往往同时体现于许多功能正常的活细胞(如各种干细胞)的生命历程中。细胞分化和细胞分裂联系紧密,首先,细胞的分裂与分化往往是相伴相随的,常常表现出边分裂边分化的现象,细胞分化的渐变性就是一个很好的例证。另外,随着细胞分化程度的增进,细胞的分裂能力也逐渐下降,最后高度分化的细胞也同时失去了分裂能力,这种现象从另一个侧面也反映出两者之间的伴随关系。其次,细胞的分化并不是单个细胞或少数细胞的孤立变化,而必须以细胞增殖生成的一定数量的细胞作基础。如小鼠胚胎胰腺原基在体外进行组织培养时,可发育成具有分泌功能的胰腺组织。但是,如果把胰腺原基切成数块培养,均不能正常形成胰腺组织。如果把分开的小块再合并起来培养,则又能长成胰腺组织了。因此,从某种意义上讲,细胞分化的实现要以细胞的分裂为前提。

二、细胞分化与个体发育

细胞分化是建立在细胞分裂基础之上的,而个体发育又是通过细胞分化过程实现的。经过细胞分化后,由同种细胞聚集形成不同组织,再由组织有序结合为执行特殊功能的器官,而各个相关器官经有序的分工合作构成完成一系列生命活动的系统,进而成为个体。由此可知,细胞分化是高等生物形成与进化的基础。细胞分化在个体发育很早的时期就已经开始(具美国科学家最新研究结果,对小鼠当受精卵卵裂至四个细胞就已经开始);在三胚层的原肠胚时期大规模进行,进而出现组织器官;而至胚胎最终形成,细胞分化达到最大程度,即成年个体所具备的组织器官,成型的胚胎同样具备;在个体生命发育至结束的始终,都存在细胞的分化,需要强调的是,对于胚后发育的个体,只有很少种类的成体干细胞具有分化能力,如造血干细胞。

三、细胞分化与细胞全能性

受精卵具有分化出各种组织和细胞的潜能,并建成完整个体。细胞含有使后代细胞发育成完整个体的潜能称为全能性(totipotency)。高等动物第一次卵裂后产生的两个分裂球细胞仍具有全能性,随着细胞分裂的进行,细胞的全能性逐渐减小。例如,囊胚阶段的小鼠原始外胚层细胞只具有分化为个体中包括生殖细胞在内的各种组织的多能性,属于多能干细胞。而有些干细胞如专能造血干细胞,则只能分化出一种细胞。简单地说,在发育的过程中,细胞的分化潜能逐渐变窄,全能性逐渐降低。植物细胞不同于动物细胞,高度分化的组织仍具有生长成完整植株的能力。也就是说,高度分化的植物细胞仍然具有全能性(包括其生殖细胞,如通过花药离体培养能够得到单倍体植株)。利用这一点,在生产实践上可以对多种植物进行组织培养,即进行植物的克隆。通过组织培养,可以得到大量与母本性状完全相同的子代个体。高度分化的动物细胞虽然失去了全能性,但其细胞核仍然具有全能性,利用这一点,可以通过细胞核移植技术实现动物克隆。例如,童第周等人将黑斑蛙成体红细胞的细胞核移入未受精的去核卵内,卵细胞也发育成正常的蝌蚪;克隆绵羊“多莉”等实验能证明哺乳动物的细胞核具有全能性。也就是说,动物无论是胚胎细胞还是成体细胞,细胞核具有指导细胞发育为完整个体的全能性。

四、细胞分化与基因表达

细胞分化是基因选择性表达的结果,包括三个方面:

(1)转录与翻译的选择:一个完整的基因包括了非编码区与编码区,在编码区存在调控转录的核苷酸序列;此外,真核生物的编码区分为内含子与外显子,其不同的内含子去除与外显子拼接决定了不同的翻译方式。由此,可以得到结论,基因表达“选择”主要包括两个阶段:基因是否选择被转录,转录程度如何,这由非编码区决定;mRNA如何翻译,这由内含子去除与外显子拼接方式决定,如小鼠甲状腺与垂体中同一个基因的转录的mRNA经过外显子不同的拼接,在前者内成为降钙素,后者成为一种神经肽。

(2)空间选择:空间的不同,是基因选择表达的根本原因,比如:两栖类动物在卵裂时期,上表面与下表面的细胞走向不同分化方向;在三胚层原肠胚时期,三个不同位置的胚层分化为不同的组织器官;在高等动物个体中,造血干细胞在骨髓中分化为B淋巴细胞而在胸腺中分化为T淋巴细胞。

(3)时间选择:随着发育过程的时间推进,基因被选择表达,比如刚出生的婴儿,无法制造抗体,必须从母亲的乳汁中获取,而随着个体继续发育,B淋巴细胞才能分化,相关基因被选择表达制造抗体。

同一个体不同种类的体细胞核内的遗传物质DNA是完全相同的,基因的总量和种类也是完全相同的,但表达的基因在种类和数量上却存在着明显的差异,从而直接造成了转录得到的mRNA和翻译产物蛋白质的不同,性状表现自然也就各不相同了。细胞分化中基因表达的调节控制是一个十分复杂的过程,在不同的细胞在其发育中的基因表达的调节控制不同;相同的细胞在其发育的各阶段中,调节控制的机制不同。

细胞的生理状态随分化水平提高而变化。高度分化的细胞往往不再发生分裂,如红细胞、神经细胞等。细胞有丝分裂指数往往与分化程度成反比。另外,随着分化程度的提高,细胞对环境的反应能力也逐渐下降。通过细胞分化得到的各种细胞,无论是在结构上还是在功能上均有明显的差异。例如,人的红细胞与肝细胞比较,红细胞无细胞核,功能主要是运输氧气;肝细胞不但有细胞核,而且有大量的线粒体等细胞器,具有合成血浆蛋白、肝糖元、脂肪,解毒等功能。

参考文献

[1]翟中和.细胞生物学[M].北京:高等教育出版社,1995.

[2]普通高中课程标准实验教科书[M].人民教育出版社.

[3]朱黎萍.细胞分化和细胞全能性一节的教学.生物学教学,2006 (11).

细胞分化范文第2篇

中图版高中一年级上册第四单元第一章第二节。

【设计说明】

在教学设计中,本着自主学习与合作学习的教育理念,采用开放式的课堂教学,引导学生结合图像信息、多媒体课件及相关的阅读资料、思考讨论题等,在教师的指导下完成本课的探究教学,从而增大学生学习活动的空间,使其更加主动地参与到学习中来,养成爱学、会学的习惯。

【教学目标】

1.知识与技能

(1)理解细胞分化的概念及在生物个体发育中的意义。

(2)举例说明细胞的全能性在实践和研究中的作用,能够区分具体细胞全能性的大小。

2.过程与方法

(1)在教师的引导下,师生共同探究,培养学生分析、归纳的思维能力和自主学习的能力。

(2)探究细胞分化的特点、细胞全能性的概念,培养学生的科学探究方法和生物学素养。

3.情感态度与价值观

(1)通过细胞分化的学习,确立辩证唯物主义的自然观,逐步树立科学的世界观。

(2)通过细胞全能性的学习,进行有关干细胞研究进展资料的搜集和分析,养成关注生物科学发展、关注生命健康的习惯。

【重点难点分析】

细胞分化既是细胞生命历程中的重要阶段,又在个体发育过程中占有重要的地位。细胞全能性的知识涉及植物组织培养和克隆技术等,内容较抽象,所以细胞分化是本节的重点和难点。

【教学过程】

环节一:思维激发(创设思维环境)

活动1创设情境,提出问题

现在同学们坐在这里,都是学生,在不久的将来,你们会走向不同的工作岗位,有的成为医生,有的成为建筑师,有的成为程序员,有的还会成为我这样的教师等等。在我们的生命之初也发生着一个类似的过程,由一个受精卵变成各种各样的细胞,如肌肉细胞、神经细胞等等,我们称之为细胞的分化。下面我们就开始今天的细胞分化的旅程。

设计评析:依据“从具体走向抽象”的理念,从学生的生活经验出发,引出抽象的概念。降低起点,由浅入深。

环节二:问题导学(增强思维意识)

活动2细胞分化的特点

师:刚才我们展示了人体细胞分化的过程,那同学们再看下面青蛙等其他动物的分化过程。细胞分化是不是人类所特有的呢,这体现了细胞分化有什么特点呢?

生:普遍性。

师:(PPT展示造血干细胞原红细胞早幼红细胞中幼红细胞晚幼红细胞成熟红细胞死亡)

那这些分化了的细胞在正常状况下还能回到分化前的状态吗?

生:不能。

师:这体现了细胞分化的什么特点呢?

生:不可逆性。

师:在成年人和老年人的身体内还有没有细胞的分化呢?

生:有。

师:那这体现了细胞分化的什么特点呢?

生:持久性。

师:有人曾经做过这样的实验:黑色素细胞在体外培养30多代后仍能合成黑素。那这体现了细胞分化的什么特点呢?

生:稳定性。

师:细胞在有丝分裂的过程中遗传物质复制后,平均分配到两个子细胞中,也就是说细胞只要进行有丝分裂,不管复制多少次,细胞核中的遗传物质都是不变的,那细胞在分化的过程中遗传物质改变吗?这体现了细胞分化的什么特点呢?

生:不改变,体现了细胞分化的遗传物质不变性。

设计评析:通过学生对身体细胞的认识,更真实地认识到细胞分化的特点,有助于更深入地理解问题的实质。

活动3细胞分化的实质

在细胞分化的过程中遗传物质是不变的,那为什么不同的细胞所表达的产物是不同的呢?

(PPT展示不同的细胞中基因选择性表达的情形,引导学生总结细胞分化的实质:基因的选择性表达)

设计评析:培养学生研究问题的习惯,通过原来学过的细胞增殖学生会联想到,每个个体细胞中的遗传物质都是一样的。再过渡到遗传物质都一样,为什么每个细胞的结构和功能不一样呢?启发诱导学生思考问题。

活动4细胞分化的意义

小组讨论,引导学生思考总结。

设计评析:培养学生善于思考,通过现象看到问题的本质,并且应用所学的生物知识解决实际问题。

环节三:由浅入深(进一步探索更深层次的内容)

活动5细胞的全能性

师:既然在细胞分化的过程中,遗传物质是保持稳定的,那么高度分化的细胞能不能还像早期的胚胎细胞那样分化成其他细胞呢?(PPT展示1958年斯图尔德利用萝卜的韧皮部细胞培育出完整的胡萝卜的实验)

小组讨论:通过这个实验能够得出什么样的结论?

总结:植物细胞全能性的定义:

细胞的全能性是指高度分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。

思考:①为什么任意一个体细胞会具有发育成完整个体的潜能?

②植物细胞全能性实验的成功对我们的生活有什么样的指导意义呢?

③植物种子长成参天大树,能不能说是体现了细胞的全能性呢?

师:既然植物细胞在一定的条件下能够体现出它的全能性,那么,动物细胞能不能呢?先看一个在生物学史上非常著名的实验“克隆羊――多莉”的诞生。

小组讨论:通过这个实验能够得出什么样的结论?

设计评析:这是学生初中就学过的克隆的实验,但是在高中阶段要通过实验引导学生学习理论层次的知识。引导学生通过联系生活实际学会思考问题。

环节四:总结归纳,复习巩固

1.细胞分化及其意义

a.概念b.细胞分化的特点c.细胞分化的实质d.细胞分化的意义

2.细胞的全能性

a.概念b.高度分化的植物细胞具有全能性c.动物细胞的细胞核具有全能性d.干细胞

【设计反思】

细胞分化范文第3篇

【关键词】非贵金属烤瓷合金;反复熔铸;铸流率

ABSTRACT:ObjectiveDepartmentofProsthodontics;TechnicianWorkingCenter,AffiliatedStomatologyHospital,FujianMedicalUniversity,Fuzhou350002,ChinaToinvestigatetheeffectsofrecastingonthecastabilityofnonpreciousceramicalloy.MethodsThenonpreciousceramicalloywasrecasted6timesinargonprotectionwithouttheadditionofanynewalloy.Thecastabilityofeachgenerationnonpreciousceramicalloywasdeterminedbytheabilityofthealloytocastameshpatternmadefromwaxsieve.Afterbeinginvestedandcasted,thepatterncastingwasthenexaminedtodeterminethetotalnumberoffilamentsegmentsthatwassuccessfullycasted.Thecastabilityvalue(Cv)ofeachgenerationalloywasobtained.TheeffectsofrecastingontheCvwerecompared,throughdirectlycalculatingthecastabilityvaluesofeachgenerationofnonpreciousceramicalloy.ResultsTherewasnosignificantdifferenceofcastabilityfrom1stto5thgenerationcastings,whichwerecastedbynonpreciousceramicalloyinargonprotection(P>0.05).Therewasasignificantdifferenceofcastabilitybetween1stgenerationcastingsand6thgenerationcastings(P<0.05).ConclusionThereisnosignificantchangeonthecastabilityofnonpreciousceramicalloy,whichisrecastedfor5times.

KEYWORDS:nonpreciousceramicalloy;recasting;castabilityvalue

烤瓷合金金属支架系采用失蜡铸造法的铸造方法完成,为了获得完整的烤瓷合金金属支架(铸件)及保证铸造的成功,投入铸造的合金量至少应达到铸件体积的2倍[1]。铸造完成后产生的铸道、底座、储金球等非临床所需部件的铸造合金便成了烤瓷合金废旧料而被抛弃。如何回收再利用烤瓷合金废旧料,已成为国内外学者关注的热点。牙科合金的铸流率是指牙科合金能够完全铸入铸型腔的能力,即实际铸入铸型腔内的合金占应该铸入铸型腔的合金量的百分比(castabilityvalue,Cv)[2]。以往国内外学者对于不同材质的非贵金属、贵金属烤瓷合金的铸流率进行了各种研究。为了保证不同材质的烤瓷合金经过反复铸造后仍保持较高的铸流率,过去学者们普遍认为反复熔铸时需要添加一定比例的新合金才能保证较高的铸流率[34]。笔者采用网状试样法,将非贵金属烤瓷合金进行反复熔铸,探讨反复铸造对非贵金属烤瓷合金铸流率的影响。

1材料和方法

1.1材料和设备

1.1.1材料镍铬烤瓷合金(日本SHOFU公司);Dewax方格网蜡(0000828LRetentionMesh,美国PowerDentalMFG公司);牙科非贵金属磷酸盐铸造包埋材料(日本SHOFU公司);Al2O3砂粒(日本SHOFU公司)。

1.1.2设备真空加压氩气保护铸造机(ArgoncasterC,日本SHOFU公司);真空调拌机(PowerLiftMixer,日本Aloka公司);超声波清洗器(舒美KQ218,昆山超声仪器有限公司);箱体式喷砂机(JNCPⅡ型,天津嘉年公司);带吸尘器高速切割机(RayAG04,美国RayFosterDentalSupply公司)。

1.2方法

1.2.1网状试件铸造原料准备以厂家提供的镍铬烤瓷合金的原始合金(即熔铸前的合金,0代合金)为原料铸造的网状试件标为I代,I代合金的铸流率反映的是0代合金的铸造性能。以后每次铸造的镍铬烤瓷合金原料在铸造前都经过相同的表面处理程序[57]:(1)在箱体式喷砂机下用粒度为45目的Al2O3砂粒常规喷砂,去净材料表面黏附的包埋料及异物;按照真空加压氩气保护铸造机熔金坩锅的体积大小对材料进行必要的切割;再用蒸馏水冲洗,干燥;(2)在王水(硝酸∶盐酸=1∶3)中清洗60s,取出后用流水冲净残留液;(3)置于超声波清洗器内清洗30min,用镊子取出,干燥备用。其余各代的铸造原料是将前一代试件铸造后产生的铸道、底座部位烤瓷合金经前面所述的表面处理方法进行相同表面处理后作为铸造原料,反复熔铸6次,每一代网状试件的铸流率是反映的是其铸造原料的铸造性能。

图1非贵金属烤瓷合金反复熔铸流程示意图(略)

Fig1Recastingprocedureofnonpreciousceramicalloy

1.2.2网状蜡型制作参照文献[8],首先制作Y字型的蜡铸道,主铸道直径为3mm,长10mm。两分铸道分叉呈90°夹角,直径2.5mm,长25mm。在分叉处接上均匀分布7×7格共49个网孔的Dewax成品蜡网,蜡网边长21mm,制成网状蜡型(图1),网状蜡型制成后将其至于放大倍数为3倍的供应桌夹式放大镜灯下观察,选择网格片段完整无缺陷的网状蜡型72个,随机分6组,每组12件,称质量备用。

图1铸流率网状蜡型示意图(略)

Fig1Waxmeshpatternfortheobtainingofcastabilityvalue

1.2.3网状蜡型的包埋、焙烧及铸造参照高温铸造包埋材料的说明书,对网状蜡型进行包埋(其中,膨胀液∶蒸馏水=1∶1)。将包埋好的铸圈进行常规的预热,焙烧,在真空加压氩气保护铸造机上对各代镍铬烤瓷合金进行铸造。

1.2.4网状铸件的网格记数及统计分析将网状铸件参照Hinman记数方法对完整的网杆进行记数(不完整的网格片段见图2),并求出各组的Cv值、均数和标准差。

1.3统计学处理计量资料用x±s表示,采用LSDt检验进行多个测试组之间的多重比较(α=0.05),P<0.05为差别有统计学意义。

铸流率(castabilityvalue,Cv)计算公式:

Cv=(完整金属网格片断数/112)×100%

1.4结果Ⅰ代网状铸件的铸流率与其余各代网状铸件的铸流率的LSDt检验,Ⅱ~Ⅵ代分别为0.451,0.134,0.062,0.063,0.010。Ⅱ~Ⅴ代网状铸件的铸流率与Ⅰ代比较,差别无统计学意义(P>0.05);Ⅵ代与Ⅰ代比较,P<0.05(表1)。

“I”的网格片段即为不完整的网格片段

图2不完整的网格片段示意图(略)

Fig2Schematicdiagramofincompletesegments

表1网状铸件的铸流率(略)

Tab1Resultsofcastabilitytest

n=12.与Ⅰ代比较,:P<0.05.

2讨论

2.1研究方法研究牙科合金铸流率的方法主有两类,一类是模拟牙科全冠外形制成帽状试件[9],通过观察试件边缘的不同外形、斜度等来研究牙科合金的铸流率,此类方法较客观,但受许多因素的影响,需多点测试,其准确性尚值得探讨。另一类方法是铸造一定外形的铸件,常见的铸型有螺旋状、轮状、杆状、弹簧型、楔型、碟型、网状、板状试件等[1012],其中较多采用的是网状铸型和板状铸型,这两种铸型易于制作,评价指标客观性强,测量及计数简单,且对材料、温度、技术及其它影响铸流率的因素较敏感。为此,笔者采用网状铸件来研究反复的熔铸对非贵金属烤瓷合金铸流率的影响。

2.2影响因素影响因素是多方面的,主要有:(1)合金因素,如合金的组成、密度、熔金的表面张力等;(2)辅助材料因素,如包埋料的组成、种类及颗粒大小、熔模材料等方面;(3)加工因素如铸道设计、烘烤焙烧温度等;(4)铸造因素,如铸造压力及方向、超热、铸型腔内的回压、铸造设备及铸造方法等。

牙科铸造合金在铸造的过程中会发生化学成分和微观结构的变化,而这些变化将影响合金铸件的各项性能,如机械性能、铸造性能、金瓷结合力等[13]。合金在熔化和浇铸过程中通常会带入各种非金属夹杂物,合金中某些元素在高温下的氧化反应、熔金与包埋料的高温化学反应等也都会使铸件中产生非金属夹杂物,这些非金属夹杂物使得熔铸时液态合金的黏滞度增加,影响其充型能力,促使缩孔缩松等铸造缺陷的形成。夹杂物还会使合金晶粒的再结晶过程变得复杂,影响铸件组织结构,进而影响铸件性能[4,14]。不同的包埋料与不同合金的组合也影响合金的铸流率,即使同种包埋料,也存在颗粒大小不同、热传导性不同、湿润性不同、气体穿透性不同,对合金铸件的铸造完整性也产生不同的影响[15]。本次实验统一使用牙科非贵金属磷酸盐铸造包埋材料进行包埋,包埋过程严格按照说明书要求的粉液比例在真空调拌机中进行调配,尽可能的减少人为因素对实验结果造成的影响。

铸造因素对烤瓷合金的铸流率有重要影响。铸造因素包括铸造压力及方向、超热、铸型腔内的回压、铸造设备及铸造方法等方面。本次实验操作严格按照使用说明设定氩气压力为0.29~0.39MPa(3~4kgf/cm2)进行铸造,保证铸造设备、铸造压力及铸造方法的相同。朱松等研究得出结论:氩气保护,钴铬合金经反复熔铸,各种化学成分所占百分比相对稳定,各代合金内部很少有气孔和非金属性夹杂物存在,各代合金的晶粒大小较一致,排列有序,其晶界总面积较大,每个晶粒周围的晶粒数较多。而在空气环境中铸造,铝、硅、铁等元素被氧化,所占百分比逐渐减少,钴、铬等元素相对稳定,碳、氮等含量增加。有些区域有大量的气孔和金属性夹杂物,部位不定,随着铸造的代数增加,这种改变愈明显。合金内部有些区域的晶粒大小不一致,排列无序,随着铸造次数增加,这种变化也愈发显著[16]。本次实验是在氩气保护真空加压的铸造条件下进行的,非贵金属烤瓷合金经过反复铸造5次,其铸流率略有下降,但其与I代网状试件流率相比较,之间的差异没有统计学意义。反复熔铸至Ⅵ代,Ⅵ代网状试件铸流率与I代网状试件的铸流率相比较,之间的差别有统计学意义(P<0.05)。在氩气保护的状态下进行铸造,合金内部有相对较少的气孔和非金属性夹杂物存在。但随着反复熔铸次数的增加,铸造原料内部的气孔和非金属夹杂物逐渐累积,某些化学元素的烧损更加严重。而当其成分和结构的变化达到一定的程度时必将影响到合金的铸造性能。

本实验的研究表明,就铸流率这个指标来说,非贵金属烤瓷合金在真空加压氩气保护的铸造条件下可以反复熔铸至第5代,铸流率没有发生变化。当然,非贵金属烤瓷合金能否重复利用,还要综合考虑反复熔铸对非贵金属烤瓷合金的其他各项性能,诸如对其机械性能,热膨胀率,金瓷结合强度,耐腐蚀性,生物相容性等方面的影响。

【参考文献】

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[15]CohenSM,KakarA,VaidyanathanTK,etal.Castabilityoptimizationofpalladiumbasedalloys[J].JProsthetDent,1996,76(2):125131.

细胞分化范文第4篇

分析近年来各地的高考试题不难看出,本部分的考点相对单一,主要就是“细胞的分化、癌变、衰老和凋亡”的主要特征、形成机理及其在生产生活、医药卫生中的应用;而设置新情境,结合遗传学和选修三知识背景,要求解释生产生活中的生物学现象,如癌细胞的发生、控制、治疗、衰老现象的产生,细胞分化、衰老、凋亡与基因表达的关系等,则是本部分内容在命题时的一个显著特色。

【基础盘点】

考点一、细胞分化

1.概念:在个体发育中,相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。

2.过程:受精卵细胞组织器官系统生物体。

3.结果:形成形态、结构和功能都有很大差别的组织和器官。

4.特点:持久性、稳定性与不可逆转性。

思考:如何理解不可逆转性与脱分化?

已经分化为根的细胞,就不可能再分化为茎细胞,即为不可逆转性,其前提是要在自然条件下;而在人工条件下,借助现代科技,分化的细胞能脱分化,从而再回到分化前的状态,乃至发育为一个完整植株(脱分化是指使已分化的细胞重新回到未分化状态的过程)。

5.原因:各种细胞具有完全相同的遗传物质,即携带有本物种的全部遗传信息。

6.实质:细胞中基因的选择性表达。遗传信息的执行情况不同,但细胞内的遗传物质不变。

7.畸形分化:极少数细胞由于致癌因子的作用,引起基因突变,导致细胞内遗传物质改变,细胞连续恶性增殖,最终引起癌变。

8.细胞的全能性:高度分化的植物细胞具有全能性,如由胡萝卜的韧皮部细胞可培养得到完整植株;高度分化的动物细胞全能性受到抑制,到目前为止,从未由一个高度分化的动物细胞(生殖细胞除外)培养得到一个动物体;高度分化的动物细胞的细胞核仍具全能性,如克隆羊的培育。

考点二、细胞癌变

1.癌细胞特征:不受机体控制、形态结构发生改变、细胞表面发生变化,易分散转移。

2.癌细胞形成:致癌因子激活原癌基因,从而使正常细胞畸形分化为癌细胞。

3.癌细胞防治:远离致癌因子;手术+放疗+化疗。

思考:放疗与化疗对身体有哪些不良影响?怎样处理既可杀灭癌细胞,又可保护正常细胞?据你所掌握的知识,你认为最具发展潜力的抗癌方法可能是什么?

放疗是利用激光与射线直接杀灭癌细胞;化疗是利用化学药物阻止癌细胞DNA分子的复制,达到抑制癌细胞增殖的目的。这些过程抑制癌细胞的同时,都不可避免地杀死正常细胞,对身体的影响非常大。如果用细胞工程制备的单克隆抗体制成的生物导弹处理癌细胞(癌细胞可看成抗原),由于抗原与抗体的特异性,抗体可“直奔”抗原,而抗体上又带着抗癌药物,这样,就不会影响正常细胞。癌症是由原癌基因突变引起,所以,如能阻止原癌基因的表达,则可从根本上达到抗癌目的。

考点三、细胞衰老与凋亡

1.细胞衰老的特征。

“一大”:细胞核变大,染色质固缩、染色加深;“一小”:细胞内水分减少,萎缩变小、细胞代谢减慢;“一多”:细胞内色素逐渐增多。

2.个体衰老与细胞衰老的关系。

对单细胞生物来说,个体衰老就是细胞衰老;对多细胞生物来说,细胞的衰老不等于个体的衰老,如幼年个体中每天也有细胞的衰老;机体的衰老也不等于细胞的衰老,如老年个体每天也有新的细胞产生。当个体衰老时,组成个体的细胞往往表现为普遍衰老的现象。

3.细胞的凋亡。

(1)概念:由基因决定的细胞自动结束生命的过程。

(2)意义:对于多细胞生物体完成正常发育,维持内部环境的稳定,以及抵御外界各种因素的干扰都有非常关键的作用。

(3)细胞死亡:包括细胞凋亡和细胞坏死。细胞凋亡是细胞程序性死亡,是正常死亡;细胞坏死是细胞在外界因素作用下的死亡,是非正常的细胞死亡。

【误区剖析】

一、细胞分裂与细胞分化的区别

在生物体中,高度分化的细胞一般不再进行细胞分裂,而分化程度较低的细胞具有一定的分裂再生能力。只有具备分裂能力的细胞中才可出现染色体,否则是以染色质的形式存在;只有具有大液泡的成熟的植物细胞才可发生质壁分离。根尖分生区细胞分化程度低,细胞分裂能力强,而鳞片叶细胞为成熟的植物细胞。

二、细胞分化与细胞全能性的区别

三、细胞凋亡与细胞坏死的区别

神奇的干细胞

干细胞是指生物体生命进程中出现的一类未分化或未完全分化的细胞,一旦需要,它可以按照发育途径通过分裂而产生分化细胞。动物胚胎干细胞即为未分化的一类细胞,应在受精卵之后,卵裂与囊胚之前获得,因为原肠胚期细胞已经开始分化,成为专能干细胞。如原肠胚外胚层细胞将来发育为表皮及其附属结构、神经系统和感觉器官。现代医学上可运用胚胎干细胞增殖动物器官或组织,治疗人类疾病。

【典例剖析】

例1.(2013・安徽安庆师范高中模拟卷)研究发现,线粒体促凋亡蛋白Smac是细胞中一个促进细胞凋亡的关键蛋白。在正常的细胞中,Smac存在于线粒体中。当线粒体收到释放这种蛋白质的信号时,就会将它释放到线粒体外,然后Smac与凋亡抑制蛋白(IAPs)反应,促进细胞凋亡。下列有关叙述不正确的是()

A.Smac从线粒体释放时需消耗能量

B.癌细胞中Smac从线粒体释放可能受阻

C.癌细胞的无限增殖,可能与癌细胞中IAPs过度表达有关

D.Smac与IAPs在细胞凋亡中的作用相同

【解析】Smac属于大分子物质,以类似胞吐的方式排出线粒体,因此需消耗能量。由题意可知,Smac从线粒体中释放出来后与IAPs反应才能促进细胞凋亡,所以在癌细胞中Smac从线粒体中释放可能受阻。IAPs过度表达可能与癌细胞的无限增殖有关。Smac是线粒体促凋亡蛋白,而IAPs是凋亡抑制蛋白,所以二者在细胞凋亡中作用相反。

造血干细胞幼红细胞排出细胞核网织红细胞丧失细胞器成熟红细胞凋亡

A.成熟红细胞在细胞呼吸过程中不产生二氧化碳

B.网织红细胞仍然能够合成核基因编码的蛋白质

C.造血干细胞与幼红细胞中基因的执行情况不同

D.成熟红细胞衰老后控制其凋亡的基因开始表达

3.细胞与器官衰老是一种正常的生命现象。无论是细胞或器官,在衰老过程中不会出现的是()

A.蛋白质合成停止

B.细胞内某些酶的活性减弱,细胞内呼吸速度减慢

C.动物细胞内色素增加

D.植物体的衰老器官比幼嫩器官含钾量高

4.下图为人体某细胞所经历的生长发育各个阶段的示意图,图中①~⑦为不同的细胞,a~c表示细胞所进行的生理过程。下列叙述正确的是()

A.与①相比,②③④的分裂增殖能力加强,分化能力减弱

B.⑤⑥⑦的核基因相同,细胞内的蛋白质种类和数量也相同

C.②③④的形成过程中发生了基因分离和自由组合

D.进入c过程的细胞,酶活性降低,代谢减慢继而出现凋亡小体

5.近年来,有关肿瘤细胞特定分子的靶向治疗研究进展迅速。研究发现,蛋白X是细胞膜上的一种受体,由原癌基因X编码,在一些肿瘤细胞中,原癌基因X过量表达会持续激活细胞内的信号传导,启动细胞DNA的复制,导致细胞异常增殖。利用动物细胞融合技术制备的单克隆抗体,可用于诊断和治疗原癌基因X过量表达的肿瘤。请回答下列问题:

(1)同一个体各种体细胞来源于受精卵的分裂与分化。正常情况下,体细胞核遗传信息相同的原因是。

(2)通过检测原癌基因X的和可判断其是否转录和翻译。检测成人多种正常组织后,发现原癌基因X只在乳腺、呼吸道等上皮细胞中有微弱表达,这说明。

(3)根据以上信息,可推测原癌基因的主要功能是。

(4)制备该单克隆抗体时,免疫动物的抗原可以是。B淋巴细胞识别抗原并与之结合,之后在适当的信号作用下增殖分化为和。

(5)用该单克隆抗体处理原癌基因X过量表达的某肿瘤细胞株,发现其增殖能力明显下降。这是因为。

6.BAK基因是近年来发现的一种促凋亡基因,癌细胞内的BAK基因表达异常。

(1)细胞凋亡是由决定的细胞自动死亡的过程,对于多细胞生物体的正常发育具有重要意义。

(2)癌变是在致癌因子的作用下,细胞内的发生了突变而导致的。在癌变细胞内,BAK基因的表达水平明显。

细胞分化范文第5篇

[关键词] 环孢霉素;胚胎干细胞;细胞分化;心肌细胞

[中图分类号] R329.2+8[文献标识码]A [文章编号]1673-7210(2010)05(b)-021-02

Cyclosporin-A induces differentiation of cardiocytes from embryonic stem cells

YAN Peishi

(Department of Cardiology, Dalian Central Hospital, Dalian 116000, China)

[Abstract] Objective: To observe the role of cyclosporin-A (CSA) in differentiation of cardiocytes from embryonic stem cells (ESCs). Methods: The differentiation rates of cardiocytes from ESCs with or without CSA induction were observed. The expression of cardiocyte markers were evaluated with immunohistochemistry. Results: Compared with those of spontaneous differentiation, the differentiation rates of cardiocytes were significantly higher in the presence of CSA. CSA-induced cardiocytes showed the specific features of cardiocytes. Conclusion: CSA potently induces cardiocytes derived from ESCs.

[Key words] Cyclosporin-A; Embryonic stem cells; Cell differentiation; Cardiocytes

胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)研究已经为再生医学带来了众多的希望和选择[1-2]。许多干细胞研究已表明ESCs可成功诱导出心肌细胞,而且移植到体内可形成心肌组织[3],但目前尚没有非常有效的诱导ESCs向心肌细胞分化的方法。

有研究报道了一个新的体外分化心肌细胞系统[4-5],避免了EB的形成,是一个二维细胞培养系统。Flk1是内皮生长因子的受体之一,是最早形成的内皮细胞和血细胞的表面标志物,也是中胚层干细胞的标志物。这个分化系统中,代表3个不同分化阶段的ES细胞是逐步诱导的,它们是未分化的ES细胞,Flk1+的中胚层干细胞和心肌细胞。第一步诱导ESCs生成Flk1阳性细胞,用流式细胞仪(FACS)分离提纯,再继续在OP9饲养层细胞上分化培养Flk1阳性细胞。在Flk1细胞分化的第4天,可出现自主搏动的心肌细胞。

笔者在进行细胞移植实验时,将分离纯化的心肌细胞注射到服用环孢霉素A(CSA)的小鼠体内,作为对照实验,在体外探讨了CSA对心肌细胞分化的影响。

1 材料与方法

1.1 材料

高糖DMEM培养液,青/链霉素双抗,非必需氨基酸,β巯基乙醇,L谷氨酰胺,胰蛋白酶,胎牛血清,白血病抑制因子(LIF),明胶,丝裂霉素C,CSA(由诺华药品公司赠送)加入二甲基亚砜溶解为30 mg/ml。用分化培养基在用时稀释成1~3 μg/ml。小鼠抗心肌肌小节(α-actinin)、肌钙蛋白T(cTnT)抗体、Alexander546标记的兔抗鼠荧光抗体、鼠Flk1(AVAS12)单克隆抗体购自NeoMarkers。

1.2 方法

1.2.1 小鼠ESCs的培养及分化EMG7胚胎干细胞株由日本京都大学山下润副教授馈赠。该细胞株导入了αMHC启动子控制的GFP基因,当自主搏动的心肌细胞出现时,在荧光显微镜下可观察到心肌细胞的绿色荧光。

ESCs复苏后接种到明胶覆盖的培养皿上,加入ESCs培养基,于37℃、5% CO2孵箱中培养,隔天传代。ESCs培养基为含有非必须氨基酸(0.1 mmol/L)、青霉素(50 U/mL)、链霉素(50 μg/L)、β巯基乙醇(0.1 mmol/L)、LIF(1×106 U/ml)、胎牛血清(15% V/V)的DMEM。将传代2~3次的ESCs消化,离心后加入分化培养基,分化培养基为含有青/链霉素双抗及胎牛血清(20% V/V)的DMEM。每48小时更换分化液,第4.5天(108 h)时用FACS分离提纯Flk1阳性细胞,继续在OP9饲养层细胞上培养4 d,自主搏动的心肌细胞可出现,第6天可以用FACS分离提纯GFP阳性的心肌细胞。单纯加分化培养基的设为对照组(n=5),即自发分化组;分化培养基中加入CSA(n=5),即诱导分化组,在Flk1阳性细胞接种到OP9细胞上时加入CSA。

1.2.2 OP-9细胞的准备 取3~5代的OP9,加入终浓度为10 μg/ml的丝裂霉素C处理2 h,PBS洗涤2次,消化、离心,接种到10 cm的培养皿中制成饲养单层细胞。

1.2.3 FACS分离提纯细胞经过96~108 h分化,把细胞从培养皿上消化并收集起来,与APC-Flk1抗体结合,标记上DAPI,用FACS-Vantage分离提纯Flk1阳性细胞,继续在OP9细胞上培养6 d。

1.2.4 细胞免疫荧光检测吸掉24孔培养皿中的培养液,室温下4%多聚甲醛固定15 min,冷PBS洗涤2次,加1% BSA室温下封闭30 min。加入cTnT抗体(1∶2 000稀释)及α-actinin(1∶200稀释)4℃孵育过夜。第2天PBS洗涤后加入Alexander546标记的兔抗鼠抗体(1∶200稀释),室温下孵育1 h;PBS洗涤后复染0.1 μg/ml DAPI,荧光显微镜下观察。

1.2.5 定量分析心肌细胞的分化率cTnT荧光染色后,使用电子CCD相机探测cTnT的荧光强度,然后用Image-Pro Plus图像处理软件处理数据。

1.3 统计学处理

经SPSS 11.5软件分析,组间比较采用方差分析,P

2 结果

2.1 CSA对ESCs的诱导作用

数据以均数±标准差(x±s)表示,CSA能够诱导ESCs向心肌细胞分化并扩增ESCs分化形成的心肌细胞。加入CSA显著增加了自主搏动的心肌细胞(图1A);对照组cTnT阳性心肌细胞为(1.00±0.05),CSA组为(13.00±0.08),CSA组比对照组增加了13倍(P

图1CSA诱导并扩增ESCs分化形成心肌细胞

(A.cTnT-HRP染色后显示CSA诱导的cTnT阳性心肌细胞增多;B.用cTnT免疫荧光染色后,定量评估心肌细胞分化率)

Fig.1Cardiocyte induction from ESCs by CSA

(A.CSA-induced cTnT positive cardiocyte increased after cTnT-HRP staining; B.Quantitative evaluation of cardiocyte induction by fluorescent intensity of cTnT staining)

2.2 细胞免疫荧光检测

细胞免疫荧光检测显示,CSA诱导生成的心肌细胞可正常表达cTnT(图2A)和心肌肌小节α-actinin(图2B、C)说明肌浆网形成。

以上结果表明CSA成功诱导了ESCs向心肌细胞分化并扩增ESCs分化形成的心肌细胞。

3 讨论

心肌细胞是终末分化细胞。当心肌细胞发生缺血、坏死后,心肌组织发生重构,有效心肌数目减少,心脏功能发生不可逆减退,导致心力衰竭[6]。ESCs是具有自我更新能力和多向分化潜能的全能干细胞,是心肌细胞再生的理想供体细胞,但目前胚胎干细胞向心肌细胞分化的阳性率很低[7]。

本研究提供了一种新的方法来诱导和扩增胚胎干细胞向心肌细胞分化。CSA是一种calcineurin拮抗剂,能够阻断T细胞内的NFAT的信息通路,从而发挥免疫抑制剂的作用[8]。CSA还参与了各种各样的细胞活动[9],如心脏瓣膜的形成[10]、心肌肥厚[11]和毛发的生长[12]。CSA可能经NFAT信息通路参与心肌细胞的分化,但目前具体的作用机制还不明确,有待进一步研究。

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细胞分化范文第6篇

本文就近几年国内外白细胞介素与骨髓间质干细胞分化为肝细胞的研究进展作一综述。

1 细胞移植干细胞的选择

干细胞最大的特性是可塑性大,对组织再生的肝细胞基本要求是:具有多样性,容易获得,有增殖能力,体外转化率高,可选择细胞移植治疗肝衰竭的干细胞有造血干细胞,成人肝脏干细胞和祖细胞、骨髓间充质干细胞及其他类型的细胞。

1.1造血干细胞 造血干细胞是从骨髓、脐带血、外周血中分离出来的标准的多能干细胞,具有自我更新及分化增殖的能力,但他们在体外很难增殖,并且确定此类细胞的身份和表型主要靠选择过程,但选择的标准是有争议的。

1.2成熟肝脏干细胞和祖细胞 成熟肝脏干细胞大约有四种主要类型:卵圆细胞、小肝细胞、肝上皮细胞和间质样细胞。在肝脏损伤时卵圆细胞来源于排胆汁的细胞,有两种分化潜能,即分化成肝细胞和胆管细胞,在体外能增殖,但是否起源骨髓还不清楚,同种类型在健康的肝脏能分离到。小肝细胞最先是Mitaka T在肝细胞离心方式获得的,这种细胞小,体外有增殖能力,能分化成成熟的肝细胞,肝上皮细胞是Tsao MS最先报道的,在成人的肝脏中含量高[3],间质样细胞团也来自成人肝脏,这种细胞团能高水平的增殖,巨大的分化潜能。肝脏内的主要细胞形式为成熟的肝细胞。肝细胞是单能干细胞,对有害刺激的反应迅速[4]。成熟肝脏干细胞虽然能分化成肝细胞,但其转化具有诸多不足,如获取肝细胞难度较大、异基因肝细胞可能产生免疫排斥反应、体外培养易失去活性与功能等,因而不能成为满意的治疗细胞。

肝祖细胞在肝脏持续和严重的损伤后仅仅是边缘的扩张,无法补充成熟肝细胞的损伤。因此也难成为首选的治疗细胞。

1.3骨髓间充质干细胞 骨髓间充质干细胞是从骨髓中分离出来的[5],也可以从其他组织中分离,如脂肪组织,胚胎,羊水,和脐带血液[6,7]。在体内,他们的功能和习性还不十分清楚[8]。在体外,间充质干细胞有高度增殖的特性,容易转染,且在体外展现巨大的分化潜能[9]。骨髓间充质干细胞来源于中胚层的成体干细胞,可以重复利用,释放多种祖细胞,然后分化为各种功能性的细胞,如肝细胞,脂肪细胞,骨细胞及内胚层来源的细胞等[10]。由于它以下的优势,骨髓间充质干细胞被认为是目前细胞治疗中的首选,第一、骨髓间充质干细胞可以辨别各种来源于中胚层的组织细胞,当组织细胞受到损伤时骨髓间充质干细胞可以自我复制用以补充细胞修复组织。第二、最新研究表明骨髓间充质干细胞用来治疗时,可分泌可溶性的细胞因子来调节机体的免疫环境。第三、骨髓间充质干细胞可调节机体内的微环境用以缓解炎症因子及肿瘤因子对机体的损伤。尽管其机制还没有完全的研究透彻,但是骨髓间充质干细胞已被用于多种疾病的治疗如肝衰竭,移植物抗宿主疾病,骨髓移植后,心血管疾病,自身免疫性疾病等[11]。近期研究发现骨髓间充质干细胞具有多向分化及自我增殖的能力,具有分化成肝细胞的潜能,在肝脏损伤修复过程中,能参与修复损伤的肝组织,在肝脏疾病的治疗中有广阔的治疗前景。而且骨髓间充质干细胞作为免疫系统的有效调节剂,与多种免疫细胞间有相互作用关系并可抑制白细胞或使之激活成特异性的抗炎因子[12]。骨髓间充质干细胞能通过旁分泌途径分泌细胞因子和生长因子,从而抑制炎症反应、细胞凋亡、肝星状细胞的激活及促进细胞外基质的降解,改善肝纤维化及促进肝细胞的再生,骨髓间充质干细胞不仅能增强肝脏再生的能力,而且还能抑制肝细胞的凋亡,修复受损肝细胞功能。其中最有利的是他们的免疫特性,即无明显免疫源性,易形成免疫耐受,这就有利于细胞移植[13]。在动物实验中,骨髓间充质干细胞通过门静脉注入,肝动脉注入,周围静脉注射、腹腔内注射或直接注入肝脏或脾脏等发现,其在不同的诱导条件下可分化为肝细胞、胆管细胞、成骨细胞、骨细胞、脂肪细胞、神经细胞和心肌细胞等[14,15]。骨髓间充质干细胞可在肝细胞生长因子和成纤维细胞生长因子的培养基下分化成成熟肝细胞,分化率在30%~80%。从骨髓间充质干细胞培养获得的肝细胞样细胞能表现出肝细胞的功能,如产生白蛋白,储存糖元,分化尿素,吸收低浓度的脂蛋白等[16]。骨髓间充质干细胞是通过抑制细胞凋亡来促进损伤的肝细胞达到修复作用[17]。它具有免疫抑制及抗炎作用,在慢性肝损伤中是另一种改善机制,可能涉及抗炎细胞因子的分泌(例如IL-10,IL-1Ra,)或者生长因子的分泌(例如肝细胞生长因子,血管内皮生长因子或胰岛素样生长因子结合蛋白)[17]。从骨髓间质干细胞的分离,培养到形成肝细胞样细胞受到很多因素的影响,特别是受到许多细胞因子的影响,主要影响的是各个阶段获得的细胞数量,而细胞的数量对细胞移植治疗肝衰竭尤为重要。一般来说,移植数目越多,治疗肝衰竭就越易成功,相反治疗效果就越差。

1.4其他类型的细胞 最后是其它类型细胞,如胎儿干细胞是体细胞分化的模板,但他的伦理的局限性和可能发生肿瘤而限定临床应用。单核细胞、成纤维细胞是否分化成肝细胞仍在研究中[18]。

2 白细胞介素与肝细胞再生

白细胞介素是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子,由于最初是由白细胞产生又在白细胞间发挥作用而得名。目前已经发现了29种白细胞介素,分别命名为白细胞介素1到白细胞介素29,功能复杂,形成一个网络,相互重叠,是非常重要的细胞因子家族,在免疫细胞的成熟、活化、增殖和免疫调节等一系列过程中均发挥了重要作用,此外它们还参与多种生理及病理反应。Conget等报道骨髓间充质干细胞表面有白细胞介素2、白细胞介素3及白细胞介素6及碱性成纤维细胞生长因子等多种细胞因子受体。目前研究与肝细胞有关的白介素有白介素6、白介素10。

恢复肝脏体积主要在于肝细胞的再生,研究表明肝细胞的再生受IL-6/Jak/STAT3通路的影响,在非病理及静态下肝细胞并不进行细胞的有丝分裂,在各种条件的刺激下,肝细胞能在IL-6或者TNF-α的作用下进行有丝分裂。IL-6/STAT3信号通路是由IL-6受体,Jak激酶,gp130和STAT3共同组成的,IL-6受体形成2个复杂的gp130受体,当其被IL-6识别后,马上将信号传递给肝细胞,Jak激酶主要的责任是激活gp130受体和STAT3。IL-6通过激活STAT3发送有丝分裂信号给肝细胞,并在肝细胞的再生中扮演者重要的角色。STAT3激活是肝细胞再生的促动反应,通过观察IL-6缺失型小鼠肝部分切除后30min~3h STAT3的激活过程,STAT3活化是受抑制的,因此肝细胞再生与IL-6是通过激活STAT3是密切关联的。TNF-α主要表达在库普弗细胞中,主要激活NF-kB,增加IL-6的产生,与IL-6受体结合,激活激活STAT3发送有丝分裂信号给肝细胞,促进肝细胞的再生。

研究表明,巨噬细胞激活和多种细胞因子的分泌在急性肝衰竭的发病机理中起着重要的作用,内毒素,巨噬细胞的激活和促炎细胞因子都可能诱发CD163的表达[19]。而IL-10能上调CD163在单核细胞中的表达,从而减少肝细胞炎症反应。CD163和白介素IL-10在抗炎反应扮演了一个重要的角色。有研究表明,IL-10和巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)可能诱导单核细胞分化成巨噬细胞,这可能进一步上调CD163 mRNA和蛋白表达[20]。骨髓间充质干细胞可以通过调控抗炎细胞因子白细胞介素10及分泌白细胞介素1受体拮抗剂,从而减少前炎症细胞因子的产生,减轻肝脏的炎症反应。白细胞介素10可通过减少Bcl-2的表达及促进FasL和Bax的表达促进肝星状细胞的凋亡。

3 展望

近年来随着肝衰竭的发病率的增加,传统的治疗及器官的移植已经不能满足我们对疾病治疗的期望,因此干细胞的移植成为研究的热点。骨髓间充质干细胞具有低免疫源性,自我复制及能够分泌细胞因子或生长因子等多种优势,已经成为我们干细胞移植的首选治疗细胞。但是,骨髓间充质干细胞来源少,并且随着动物年龄的增长逐渐减少,而且骨髓间充质干细胞分化为肝细胞的具体机制尚不明确,因此怎样能够大量获得骨髓间充质干细胞,促进体内骨髓间充质干细胞向肝细胞的分化及白细胞介素对骨髓间质干细胞分化成肝细胞样细胞的各个阶段的影响,至今还没有弄清楚。通过各种途径对肝细胞特征性蛋白的mRNA转录水平、糖原染色等来分析诱导分化的效果,了解白细胞介素对干细胞生长的可能影响,能够为干细胞移植治疗肝衰竭提供积极的指导意义。

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细胞分化范文第7篇

近3年涉及本专题的试题统计如下表:

考点年份 细胞分化细胞全能性细胞衰老和凋亡细胞癌变

2010广东理综(3)

2011大纲全国卷(1)、北京理综卷(1)、安徽理综卷(2)山东理综卷(2)山东理综卷(3)

江苏卷(5)

2012上海卷(16)安徽理综卷(3)、山东理综卷(3)新课标全国卷(2)、江苏卷(20)、四川理综卷(26)

[考题特点]

高考试题对本部分内容的考查以选择题的形式为主,能力要求以识记、理解为主。但随着新成果的不断出现及人们对健康的高度关注,可能会出现以衰老、凋亡机理和癌症原因为命题素材的简答题。

[考点解读]

一、细胞分化

1.概念:在个体发育中,由一个或一种细胞增殖产生的后代,在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。

2.特点:(1)普遍性:生物界普遍存在的现象。(2)持久性:贯穿于生物体整个生命过程中,但在胚胎时期达到最大。(3)不可逆性:一般情况下,分化的细胞不会再演变为原始的细胞。(4)遗传信息稳定性:分化过程中遗传物质不改变,只是基因的选择性表达。

3.意义:(1)增加了细胞种类,形成不同的组织、器官,是生物个体发育的基础。(2)使多细胞生物体中的细胞趋向专门化,有利于提高各种生理功能的效率。

4.注意:细胞分化是多细胞生物才有的,R型细菌转化为S型细菌不是细胞分化;细胞分化过程中必须有基因表达,植物细胞吸水导致形态改变不是分化。

二、细胞的全能性

1.概念:指已经分化的细胞,仍然具有发育成完整个体的潜能。

2.原因:生物体的每一个细胞中都包含该物种所特有的全套遗传物质,都有发育成为完整个体所必需的全套基因。

3.结果:产生新的生物个体。

4.注意:植物根茎叶的组织培养说明体细胞具有全能性;花粉离体培养、蜜蜂的卵发育成为雄蜂说明生殖细胞具有全能性;克隆羊的成功说明细胞核具有全能性。

三、细胞衰老和凋亡

1.细胞衰老。

(1)个体衰老与细胞衰老的关系。

对于单细胞生物来说,细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。对于多细胞生物来说,体内细胞总是在不断更新,细胞衰老与个体衰老不完全同步。但从整体上看,个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。

(2)细胞衰老的特征。

细胞衰老是细胞内发生的生理生化过程,衰老的细胞在形态、结构和功能上都发生明显的变化。

①形态上的变化:由于细胞内水分减少,使细胞萎缩,体积缩小。

②结构上的变化:细胞核体积增大,染色体固缩;溶酶体数目增加且体积增大;内质网排列无序。

③功能上的变化:由于线粒体数目减少,使呼吸速度减慢。一些酶的活性降低,蛋白质合成速率降低。如人的头发变白是由于人的头发基部的黑色素细胞衰老,细胞中的酪氨酸酶活性降低,使黑色素合成受阻造成的。细胞膜通透性改变,物质运输功能降低。如老年斑是由于细胞代谢产生的脂褐质色素不能运出。

(3)细胞衰老与健康。

细胞的正常衰老对于实现有机体的自我更新非常有利,如红细胞的快速更新,使血液中始终有足够量的新生红细胞来运输氧气。细胞异常衰老会给人类带来健康上的威胁,如儿童早衰症就是细胞过早衰老产生的一种疾病。对人类来说,合理的饮食结构、良好的生活习惯、适宜的体育锻炼和乐观的人生态度等都有益于延缓衰老。

2.细胞凋亡。

(1)概念:由基因决定的细胞自动结束生命的过程。

(2)意义:①对于多细胞生物体完成正常发育非常重要。在胚胎发育至某阶段,特定区域的细胞(群)就发生自然凋亡。如人的肢体发育中,早期的手和足形似浆板,只有当某些多余细胞凋亡后,才能形成正常的指或趾。又如蝌蚪变成青蛙时,尾的细胞凋亡保证了正常的变态发育。

②对于维持内部环境的稳定以及抵御外界各种因素的干扰起着关键的作用。细胞凋亡可以清除已完成正常使命的衰老细胞,如人的红细胞分化成熟后是无核有功能的细胞,可存活120d,然后自然死亡。细胞凋亡还可以清除被病毒感染的细胞。

(3)细胞坏死和细胞凋亡。

尽管结果一样,但其产生机理是完全不同的。细胞坏死是在种种不利的因素(如病菌感染、细胞缺氧等)影响下,由于细胞正常的代谢活动受阻或中断从而导致细胞损伤和死亡。细胞坏死时,细胞内容物释放到细胞外,对周围细胞产生伤害,引发炎症反应。细胞凋亡是受严格的程序性调控,是一种自然的生理过程。凋亡的细胞内容物没有逸散到胞外环境中,不会导致炎症反应。

四、细胞癌变

1.癌细胞的特点:①适宜条件下,无限增殖。②形态结构发生显著变化。③易扩散转移,是由于细胞膜上糖蛋白等物质减少,细胞间的黏着性降低。

2.原因:环境中的致癌因子使原癌基因和抑癌基因发生突变。

(1)原癌基因和抑癌基因:原癌基因主要负责调节细胞周期,控制细胞生长和分裂的进程;抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖。

(2)机理:

物理致癌因子化学致癌因子病毒致癌因子作用正常细胞原癌基因、抑癌基因突变细胞癌变

3.防治:(1)预防:尽量避免接触各种致癌因子,加强锻炼,增强体质。(2)治疗:抑制DNA复制或有关蛋白质的合成,从而阻止癌细胞的增殖。

[典例赏析]

例1.取同种生物的不同类型细胞,检测其基因表达,结果如下图。请回答:

(1)基因1~8中有一个是控制核糖体蛋白质合成的基因,则该基因最有可能是基因。

(2)图所示细胞中功能最为近似的是细胞。

A.1与6 B.2与5

C.2与3D.4与5

解析:考查细胞分化的知识,同时考查观察图的能力和分析能力。

核糖体是细胞合成蛋白质的场所,每个细胞中必须有核糖体才能生存。图中显示基因2在7种细胞中都表达,所以它最可能是控制核糖体蛋白质合成的基因。细胞的功能与基因的表达产物有关,细胞1和6表达的相同基因最多,所以功能最为近似。

答案:(1)2 (2)A

例2.以下不能说明细胞全能性的实验是( )

A.胡萝卜韧皮部细胞培育出植株

B.紫色糯性玉米种子培育出植株

C.转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株

D.番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株

解析:考查细胞全能性的概念,同时考查理解能力。

选项中的胡萝卜韧皮部细胞、棉花细胞、番茄与马铃薯的体细胞都属于已经分化的细胞,由它们培育出植株都是细胞全能性的体现。而玉米种子培育出植株实际上是胚发育形成植物,属于植物个体发育的一个阶段。

答案:B

例3.下列关于细胞分裂、分化、衰老、凋亡和癌变的说法,正确的是( )

A.细胞分裂、分化、衰老、凋亡和癌变都是细胞必须经历的生命历程

B.细胞分化形成不同的组织器官,细胞衰老发生在组织器官形成之后

C.细胞分化的实质是基因选择性表达,细胞凋亡与基因选择性表达无关

D.细胞分化过程受细胞内外信号的调控,与细胞分裂和细胞凋亡相伴进行

解析:综合考查细胞的分裂、分化、衰老、凋亡和癌变知识,同时考查理解能力。

细胞分裂、分化、衰老、凋亡都是细胞必须经历的生命历程,但细胞癌变不是。细胞衰老在组织器官形成之前也存在。细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程,与基因选择性表达有关。细胞分化是在细胞分裂的基础上进行的,分化后的细胞可以补充因凋亡而缺少的细胞。

答案:D

例4.在个体发育中,有些细胞由于受到致癌因子的作用,不能正常的完成分化而转变为恶性增殖的癌细胞。请回答问题:

(1)人体正常体细胞转化为癌细胞后,细胞膜上发生改变,这些癌细胞便可以成为,刺激机体产生免疫反应,健康的机体可以通过免疫消灭它们。

(2)药物可以抑制癌细胞的分裂。如果用药物抑制DNA复制,癌细胞的细胞周期将阻断在期;如果用药物抑制纺锤体的形成,则癌细胞的细胞周期将阻断在期。

(3)将人体癌细胞放在含有3H-胸腺嘧啶的培养液中培养,经过一次分裂后,子细胞中将有条染色体被标记,原因是DNA分子进行复制。将癌组织切片放在高倍显微镜下观察,所有癌细胞中染色体数目(相同、不同)。

解析:考查癌细胞的特征、免疫类型、癌症的治疗和细胞增殖,同时考查理解能力和分析能力。

(1)细胞癌变后,细胞膜上出现异常蛋白成为抗原。癌细胞出现后,通过细胞免疫形成的效应T细胞与它们接触,使它们裂解死亡。(2)DNA复制发生在分裂间期,纺锤体的形成发生在分裂期。(3)由于DNA分子是半保留复制,所以癌细胞放在含有3H-胸腺嘧啶的培养液中培养,复制后每条染色体上的2条染色单体均被标记。又因为人的细胞中含有46条染色体,所以着丝点分裂后形成的92条染色体均含有标记。因此分裂后产生的子细胞中将有46条染色体被标记。由于切片中所有癌细胞不处于同一时期,故所有癌细胞中染色体数目不同。

答案:(1)糖蛋白 抗原 细胞 (2)分裂间 分裂 (3)46 半保留 不同

[专题训练]

1.有人把已分化的细胞中表达的基因形象地分为“管家基因”和“奢侈基因”。“管家基因”在所有细胞中表达,是维持细胞基本生命活动所必需的;而“奢侈基因”只在特定组织细胞中表达。下列属于“奢侈基因”表达产物的是( )

A.ATP水解酶B.RNA聚合酶

C.DNA聚合酶D.血红蛋白

2.珍珠是河蚌产生的一种有机物,它既是一种有机宝石,又可作为护肤品的主要原料,因为它在抑制细胞脂褐素的增加上有重要作用,这表明珍珠在保健上可用于( )

A.抑制细胞癌变B.延缓细胞衰老

C.促进细胞分裂D.诱导细胞分化

3.下列不属于细胞凋亡实例的是( )

A.与效应T细胞紧密接触的靶细胞裂解

B.被HIV侵染的T淋巴细胞裂解死亡

C.发育到第5周的人体胚胎中,位于指(趾)间的蹼消失

D.女性月经期子宫内膜脱落

4.《参考消息》报道,台湾科学家发现致癌蛋白质KLHL20,KLHL20蛋白是HIF-1(低氧诱导因子-1)在缺氧状态下诱导生成的一种促进肿瘤细胞生长的蛋白。下列有关说法错误的是( )

A.KLHL20蛋白可能是细胞膜上的一种糖蛋白

B.KLHL20蛋白的产生一定与核糖体和线粒体都有关

C.消除KLHL20蛋白在对付侵犯性癌症方面也许有效

D.HIF-1可被视为癌症治疗中药物干涉的目标

5.矿工中有一种常见的职业病――硅肺,其发病原因是肺部吸入硅尘(SiO2)后,硅尘可以被吞噬细胞吞噬,吞噬细胞中的溶酶体缺乏分解硅尘的酶,而硅尘可以破坏溶酶体膜,导致肺部细胞死亡,进而肺功能受损。下列说法错误的是( )

A.硅肺的细胞死亡属于细胞坏死

B.硅肺的发生可以说明酶具有专一性

C.吞噬细胞吞噬硅尘,是人体的第一道防线发挥作用

D.肺部细胞死亡的原因可能是溶酶体中水解酶释放,改变细胞通透性

细胞分化范文第8篇

1、知识积累与疏导:说出细胞分裂的基本过程;描述生物的生长现象细胞数目增多体积增大有关。描述动植物细胞的分化过程以及通过分化形成组织的过程;识别植物体的主要组织和人体的基本组织,

2、技能掌握与指导:使用显微镜观察到洋葱根尖细胞分裂的图像。画出分裂图像中的几个典型图像;用显微镜观察到叶表皮细胞并识别植物的几种主要组织;用显微镜观察到人体的四种基本组织并识别人体的几种基本组织。

3、智能提高与训导:在生物科学探究实验中培养观察、分析、解决问题的能力。通过组内师生讨论、交流、培养合作精神,表达能力。

4、情意修炼与开导:在生物自然现象中发现问题。在疑问驱使下尝试解决问题激发探究兴趣。培养创新精神。从细胞分裂,分化至个体成长的教学过程中唤起学生尊敬父母的情感意识。

5、观念确认与引导:通过生物实验课的直观教学,让学生直观感受细胞的分化现象及植物体。人体的不同组织类型的形态结构特点。让学生直接获得许多感性知识。学会科学的实验方法,明确探究生物世界的奥秘,激发其探究精神。培养学生严谨的科学态度。

二、成长关注:

通过学生积极参与、动手、动脑、亲身经历体验科学研究和自主学习过程。正确使用显微镜观察细胞分裂的图像。植物和人体的几种典型组织。

三、学程与导程活动

1、学生准备

(1)预习本节内容。

(2)查阅关于细胞分裂和细胞生长的资料,查阅有关植物体、人体的不同组织的资料。

(3)学生亲自体验番茄的果皮、果肉的区别,考虑其不同的原因。

(4)考虑细胞分裂和细胞生长与生物体由小长大的关系。

2、教师准备

(1)根据教科书,准备实验“洋葱根尖细胞分裂的基本过程”的材料用具

(2)制造洋葱根尖细胞分裂过程课件、植物细胞分化课件和分裂过程中几个典型图像剪贴图。

(3)准备植物的几种组织和人体的四种基本组织的切片。

(4)制作植物和人体的四种基本组织的剪贴图。

(5)查阅书籍了解细胞分裂与细胞分化的资料,查阅植物体、人体的不同组织的资料。

教学过程

一、导入新课

教师出示录像。

一粒种子萌发,生长,慢慢长成枝繁叶茂的大树,许多粒种子萌发生长成一片森林。另一图像:一受精卵经过细胞分裂,1个分裂成2个,2个分裂成4个……逐渐发育成小鱼、大鱼。

通过观看录像,引导学生思考问题:植物体的生长现象与哪些方面有关?(与细胞数目增多,细胞体积增大有关)细胞数目增多,细胞体积增大是怎样造成的?生物体的所有细胞都相似吗?

二、探究过程

(一)细胞分裂

步骤一:展示洋葱根尖细胞分裂的基本过程的课件:

1、一个细胞出现,染色质凝缩成染色体,每条染色体含有两条染色单体,以着丝粒连接在一起,即染色体出现;2、染色体逐渐排列在细胞中央;3、每条染色体从着丝粒一分为二,原来每条染色体的两条染色单体变成两条染色体,并向细胞两端移动;4、细胞两端的两组染色体分别解旋松散成染色质,核仁出现,形成两个新的细胞核;5、在细胞中部形成新的细胞壁,细胞质平均分成两等份,一个细胞分裂成两个细胞。

学生观看图像,对细胞分裂的连续性的过程有个清晰认识。

教师:巡回指导,鼓励同学观察、讨论细胞分裂过程中最明显的变化是什么?你能给细胞分裂过程分几个时期?如何描述细胞分裂的基本过程/细胞分裂与生物长大有什么关系?细胞分裂形成的两个细胞形态、结构相似吗?

步骤二:

学生4人一组。

1、用显微镜观察洋葱根尖细胞分裂的玻片标本。并结合教科书中的示意图,划出细胞分裂的区域,并观察细胞分裂过程中染色体的大致变化。

教师提示:细胞分裂过程中染色体在细胞中的位置怎样?形态上有什么不同2、照教科书的要求,画出细胞分裂过程中1~2个典型图像。教师提示绘图要求。

步骤三:

教师:取洋葱根尖细胞分裂剪贴图,找学生代表认识并排序。本组学生纠正其识别、排序中的错误,并细心观察染色体在细胞中的位置与形态上有什么不同?选择几个典型图像进行比较,然后尝试说出细胞分裂过程中染色体的大致变化。

(二)细胞成长

教师演示细胞生长过程中的主要变化(许多小液泡逐渐长大,合并为一个大液泡,细胞长到一定程度就不再生长了),导致整个细胞体积增大。

学生讨论:细胞体积越大,需从外界吸收的营养物质越多。根据你平时的经验,说出植物生长在什么环境下,细胞体积会明显增大?细胞体积增大,细胞数目增多与生物体的生长有什么关系?

(三)细胞分化与组织形成

步骤一:

展示植物细胞分化课件:种子萌发生长通过细胞分裂产生新细胞,这些细胞在形态、结构方面都很相似。随着细胞的分裂和生长,后来只有一小部分细胞仍具有分裂能力,大部分细胞失去了分裂能力。这些细胞各自具有什么不同的功能,它们在形态、结构上逐渐发生了变化,分化形成了不同的细胞群:(展示)根、茎、叶表面的一层细胞群,即保护组织,具有保护内部柔嫩部分的功能;(出示)叶、果实的叶肉、果肉,细胞壁薄,液泡大,属于基本组织,具有营养功能;(出示)茎、叶脉根等处的导管运输水和无机盐属于疏导组织;那些仍具分裂能力的细胞群属于分生组织,最后这些不同组织组合再一起。展示根、茎、叶、花、果实图像。

教师:引导学生观看课件,提出问题:细胞刚分裂完毕,形态、结构上有变化吗?随着细胞的逐渐生长,形态、结构还与最初的细胞相似吗?在不同细胞群中的两个细胞形态、结构相似吗?这些形态相似、结构相同,具有一定功能的细胞群,我们个它起个名字叫组织。

步骤二:

用显微镜观察叶表皮细胞,找出表皮细胞的相同点:形态相似,结构相同,讨论相同,讨论其功能如何?得出叶表皮是保护组织,同时识别其他几种植物的组织,讨论其分布、功能。

番茄的果皮与果肉,用手摸一摸,用牙咬,尝尝它们的区别何在?表皮具有什么功能,果有什么功能?

步骤三:

利用显微镜分别观察人体的四种基本组织的永久切片。观察时,可对照教科书中的插图辨认四种基本组织。

学生讨论:人体的四种组织的分布,分别具有什么功能?如果你的皮肤不慎被滑破,你会感到疼,会流血。你考虑一下皮肤中可能含有哪几种组织?

教师:出示人体四种基本组织剪贴图。

学生:结合教科书中的图4—3人体的基本组织示意图,识别人体的四种组织?区分它们的特点、分布、功能。

步骤四:

教师展示细胞分裂:细胞分化形成组织,最后植物体由小长大;一受精卵经细胞分裂,逐渐长成婴儿,慢慢成长为一名中学生,而在他周围是鸡蛋、面包、牛奶、蔬菜等食物。使学生意识到自己成长中对父母的索取,从而唤起学生尊敬父母、孝敬老人的情感意识。

通过本节课学习完成下表:

三、课堂小结(引导学生回顾本节课的主要内容:理清思路)

细胞分化范文第9篇

[关键词] 骨髓间充质干细胞 分化 视网膜色素上皮细胞 共培养

视网膜色素上皮(Retinal Pigment Epithelium,RPE)细胞组织学上来源于神经外胚层,具有重要的生理功能,但是视网膜色素上皮细胞无再生能力,因而,当其功能障碍时会导致严重的遗传性、变性性视网膜病变,如视网膜色素变性等,目前通过药物和手术均不能阻止其进展、恶化。通过视网膜干细胞途径达到视网膜再生是一条希望之路,但是哺乳类动物视网膜干细胞成年后则很少具有活性,因此,外源性视网膜细胞移植可能是一个有希望的途径。

可直接应用于移植的视网膜干细胞非常有限,组织工程学的兴起为外源性视网膜干细胞的产生带来了新的希望,骨髓间充质干细胞(BMSCs)是至今研究最值得关注的成体干细胞,骨髓间充质干细胞是来源于中胚层的多能成体干细胞,大量的实验证实体外不同的微环境对BMSCs具有不同的诱导分化效果。BMSCs不仅能向中胚层的成骨细胞等分化,而且能跨胚层分化,如向内胚层的肝细胞样细胞以及外胚层的神经干细胞样细胞等分化。本实验探索诱导BMSCs向视网膜色素上皮细胞定向分化的微环境,现将研究结果报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料

DMEM-LG培养基、胰蛋白酶、胎牛血清(Hyclone, USA);bFGF、EGF、BDNF、PEDF(Peprotech,USA); Taurine(Sigma,USA);淋巴细胞分离液(天津市灏洋生物制品科技有限责任公司);小鼠抗人巢蛋白单克隆抗体、小鼠抗人角蛋白8&18单克隆抗体、小鼠抗人RPE65单克隆抗体(NeoMarkers,USA);流式细胞术试剂小鼠抗人单抗CD34-FITC+小鼠抗人CD90-PE,小鼠抗人单抗CD34-FITC+小鼠抗人CD44-PE(Beckman-Coulter,USA), RT-PCR试剂盒(Fermentas,USA),transwell双层共培养系统(Corning,USA)。

1.2 方法

1.2.1骨髓的采集、BMSCs 的分离与培养

骨髓取自健康成年捐赠者,实验符合国务院1994年颁布的《医疗机构管理条例》第33条原则。抽取骨髓约5mL,将骨髓用PBS稀释后以1000rpm离心5min,洗涤2次,将下层血浆用等量DMEM-LG培养基重悬后采用淋巴细胞分离液(相对密度为1.077kg/L)密度梯度离心分离,轻轻吸取白色雾状单核细胞层,置于离心管中再次用PBS洗涤2遍,用含10%FBS的DMEM-LG培养基吹打分散后调整细胞密度为1×106/mL接种于25cm2塑料培养瓶中,置于37℃、5%CO2培养箱中培养。72h后予以首次换液,以后每3d换液1次。

1.2.2 BMSCs的形态学观察与细胞表面抗原的流式细胞仪检测倒置相差显微镜下观察原代及传代细胞形态学变化及增殖情况,并拍照记录。按照谢茂松等[1]对骨髓间充质干细胞的流式细胞术鉴定方法步骤进行,第3代人BMSCs 90%融合时用胰蛋白酶消化,用流式细胞仪检测BMSCs CD34(造血干细胞表面抗原),CD44(基质细胞表面抗原)及CD90(干细胞表面抗原)的表达情况。

1.2.3 RPE细胞的采集、分离与培养

RPE细胞取自福建医科大学附属第一医院眼科角膜移植术后的供体眼球,具体操作方法按照徐国兴等[2]提出的步骤进行,无菌条件下行眼杯消化法消化RPE层,将消化液中和后离心,用含15%胎牛血清的DMEM/F12培养基重悬接种于培养瓶中,置于37℃、5%CO2培养箱中培养。72小时后开始首次半量换液,以后每3天换液一次,当细胞贴壁密度达80%时消化传代。

1.2.4 RPE细胞的免疫细胞化学检测鉴定

RPE65蛋白检测:收集细胞爬片进行RPE65蛋白的免疫细胞化学检测:PBS洗涤,4%多聚甲醛固定,5%正常羊血清封闭,加入小鼠抗人RPE65蛋白单克隆抗体(稀释度为1:100),4℃过夜,滴加聚合物辅助剂及生物素化山羊抗小鼠IgG, DAB显色及苏木素复染,自来水洗涤后干燥,树脂封片,显微镜下观察,拍照。

1.2.5诱导分化

实验分两组:诱导组和对照组。诱导组分两阶段诱导:首先向神经前体细胞诱导分化,再进一步与RPE细胞共培养向RPE细胞专向诱导分化。取第3代人BMSCs按 5×104/mL密度接种六孔板中,培养基为含10% FBS的DMEM-LG,每个六孔板中预先放盖玻片进行爬片,24h后将培养基更换为含20ng/mLbFGF、20ng/mLEGF及 20ng/mLBDNF进行第一阶段诱导,在因子诱导的2d开始进行巢蛋白的检测,检测到巢蛋白表达率最高时进行第二阶段诱导,采用transwell双层非接触共培养体系,将第一阶段诱导的BMSCs接种于transwell下层并爬片,取第三代RPE细胞接种于transwell上层,进行共培养诱导并观察细胞形态变化,对照组采用含10% FBS的DMEM-LG培养基培养,不加任何干预。

第二阶段向RPE样细胞方向诱导后角蛋白及RPE65蛋白表达的免疫细胞化学检测,角蛋白8&18及RPE65蛋白抗体稀释度均为1:100。

1.2.6共培养诱导前及共培养2w后采用RT-PCR方法检测角蛋白及RPE65蛋白表达情况

第二阶段诱导前和诱导2w后,收集细胞,Trizol裂解细胞提总RNA,取1μlRNA在逆转录酶作用下合成cDNA,然后以此cDNA为模板,以角蛋白引物序列:上游5'-GAGGCATCCAGAACGAGAAGG-3'下游5'-CGGGCATTG

TCCACAGTATTTG-3'(扩增片段长223bp),RPE65蛋白引物序列:上游:5'-TTCAACCTCTTCCATCACATCAAC-3'下游:5'-GATTCAAGCCAAGTCCATACGC-3'(扩增片段长397bp),内对照β-肌动蛋白(β-Actin)引物序列:上游:5'-AAAGACCTGTACGCCAACACAG-3'下游:5'-TTTTAGG

ATGGCAAGGGACTTC-3'(扩增片段长度:556bp)(由南京金斯瑞生物公司设计并合成)扩增。产物经1.0%琼脂糖凝胶电泳,凝胶成像系统拍照。

2 结果

2.1 BMSC形态及鉴定结果

原代培养48h有部分细胞贴壁,少数形态呈杆状,4~6d细胞呈杆状或梭形,形成多个不同大小的细胞集落,7~10d呈放射状向外扩展,细胞呈梭形,并逐渐融合成漩涡状单层细胞。传代后细胞分布均匀,形态一致,长梭形,呈成纤维细胞样形态(见图1)。

图1 原代培养BMSCs第10天(×100)

第3代人BMSCs表面抗原检测显示CD90表达阳性率CD90+/CD34-:96.3%,CD44表达阳性率CD44+/CD34-:94.2%,表明所获得的细胞绝大部分为BMSCs。

2.2 RPE细胞鉴定:RPE65蛋白免疫细胞化学检测结果

第三代RPE细胞呈梭形,融合时可呈多边形,镜下可见胞浆内少量色素颗粒,随着传代的延续色素颗粒逐渐减少。

图2 第三代RPE细胞融合(×100)

图3 免疫细胞化学检测RPE细胞的RPE65蛋白表达情况(免疫细胞化学二步法,DAB染色,苏木素复染,×100)

2.3 诱导第一阶段诱导的BMSCs巢蛋白免疫细胞化学检测结果

诱导第3d开始能检测到巢蛋白表达,第12d阳性表达率达到最高,达(86.9±2.6)%。

图4 免疫细胞化学检测诱导BMSCs巢蛋白表达情况(免疫细胞化学二步法,DAB染色,苏木素复染,×100)

2.4 诱导第一、二阶段后细胞角蛋白及RPE65蛋白的免疫细胞化学检测结果

第一阶段诱导后可检测到角蛋白表达,但未见RPE65蛋白表达;第二阶段诱导后检测到角蛋白阳性率为(60.8±3.1)%,RPE65蛋白表达阳性率为(25.7±3.8)%;

图5 免疫细胞化学检测诱导BMSCs角蛋白表达情况(免疫细胞化学二步法,DAB染色,苏木素复染,×100)

图6 免疫细胞化学检测诱导BMSCs后RPE65蛋白表达情况(免疫细胞化学二步法,DAB染色,苏木素复染,×100)

2.5 诱导第一、二阶段角蛋白及RPE65蛋白的RT-PCR检测结果

实验组第一阶段诱导后RT-PCR检测角蛋白及RPE65蛋白,发现有角蛋白表达,未见明显RPE65蛋白表达;实验组第二阶段诱导后发现角蛋白及RPE65蛋白均有表达;对照组未见角蛋白及RPE65蛋白表达。

图7 两阶段诱导角蛋白的RT-PCR 结果

图8 两阶段诱导RPE65蛋白的RT-PCR 结果

3 讨论

本实验采用分阶段诱导BMSCs向神经外胚层来源的视网膜色素上皮细胞方向分化。干细胞在体内分化与微环境密切相关,不同的发育阶段干细胞所处的微环境不同将会影响干细胞发生不同的分化,干细胞进入新的微环境后,对新的微环境的调节信号做出反应,分化成与新的生长环境相适应的细胞。我们采用分阶段诱导是在细胞分化的不同阶段提供合适的微环境以期向特定细胞分化。第一阶段采用神经细胞生长分化所必须的生长因子诱导BMSCs向神经前体细胞分化,第二阶段将分化成的神经前体细胞与RPE细胞供培养,利用RPE细胞所分泌的相关物质来提供一个微环境,促使诱导的神经前体细胞向RPE样细胞分化。

有实验证实骨髓间充质细胞表面存在PDGF、FGF和EGF受体等。本实验首先使用bFGF、EGF及BDNF 三种因子进行诱导BMSCs向神经前体细胞诱导分化。这些因子具有以下的生物学功能:bFGF具有促有丝分裂功能,在神经元发生、分化和功能方面起着重要作用,在体外bFGF能提高视网膜表达视蛋白的水平,体内有神经视网膜保护作用。BDNF能延缓神经元的变性和自然死亡,对神经元的存活和生长具有重要作用,有很强的刺激和促进神经细胞生长、分化的功能;不仅能保护神经元的功能,而且能促进光损伤的视网膜修复;BDNF能明显促进光感受器细胞生存;在发育中的RPE细胞中有BDNF表达。大量实验证实EGF存在于视网膜,可能与胚胎发育期和生后的光感受器细胞的诱导分化有关,它是视网膜神经元有效的分化因子。

RPE细胞能分泌多种生长因子,这些因子是维持视网膜完整结构所必须的,RPE维持光感受器细胞的存活,RPE能分泌FGF(FGF-1, FGF-2, FGF-5),IGF-1,PEDF等。PEDF有神经保护和为抗血管生成功能,提供环境保护,健康眼RPE能分泌PEDF维持视网膜和脉络膜结构,并支持光感受器细胞和神经视网膜细胞的生长[3]。RPE细胞已知的能分泌以上多种因子,还有分泌一些其他未知的营养成分,这些对于RPE细胞的生长是必需的,因此本实验将诱导分化后的神经前体细胞再与RPE细胞共培养,利用RPE细胞分泌的各种因子为神经前体细胞提供一个微环境,以促进其向RPE样细胞方向分化。

本实验采用细胞角蛋白8&18(CK8&18)与RPE65蛋白鉴定诱导分化后的细胞。细胞角蛋白是细胞骨架蛋白的一种,见于所有的上皮细胞,细胞角蛋白包括多个亚型,不同的上皮细胞表达不同亚型的细胞角蛋白。RPE细胞表达分子量为45KD的CK18和分子量52KD的CK8。而在视网膜组织,RPE细胞是视网膜中的上皮细胞,其它非上皮细胞不表达细胞角蛋白表面标志。RPE65 基因定位于1p31,编码视网膜色素上皮特异蛋白, RPE65蛋白是RPE细胞特异性蛋白,故而在该组织中表明就是RPE细胞。本实验第一阶段检测角蛋白即有表达,但未见RPE65蛋白表达;第二阶段诱导分化后检测细胞的角蛋白8&18与RPE65蛋白,均有表达,表明所诱导的部分细胞具有合成角蛋白8&18与RPE65蛋白的特征。

本实验结果显示在适当的微环境下可以诱导BMSCs分化为表达角蛋白及RPE65蛋白的细胞,但体外的诱导与体内的微环境有着很大的差别,体外诱导分化的细胞是否具有RPE细胞的生理功能如吞噬功能,有序排列,形成紧密连接等仍不明确,这些问题均需要更加深入的研究。

参考文献:

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细胞分化范文第10篇

1 BM-MSCs的生物学特性

1.1 BM-MSCs的来源及形态

BM-MSCs从骨髓、脂肪组织、骨骼肌、成人外周血、血管周皮细胞、妊娠4-6个月羊水、胎儿的血和真皮组织、脐血中都可以分离得到间充质干细胞[4],其中对BM-MSCs研究最充分最彻底。BM-MSCs表现出早期细胞的特点,呈均一的成纤维细胞形态,染色质疏松,核仁明显,核浆比例大,辐射状或漩涡状排列,可聚集成均匀的集落。

1.2 BM-MSCs的鉴定

鉴定BM-MSCs目前没有特异性的表型标志,研究从形态、表型及多分化功能来鉴定体外分离培养的BM-MSCs [5-6],纯化的BM-MSCs表现为成纤维细胞梭形贴壁细胞,呈漩涡状、平行状或鱼群状生长; BM-MSCs的抗原表型,流式细胞仪检测不表达造血细胞CD14、CD34、CD45的标志,表达CD29、CD44、CD73、CD90、CDl06、CDl24、SH-2、SH-3、SH-3等;BM-MSCs具有跨胚层的多向分化,如成骨、成软骨、成脂肪,是BM-MSCs作为干细胞最基本特征[7]。故BM-MSCs常通过负性筛选和细胞多向分化,鉴定BM-MSCs。

1.3 BM-MSCs的分离培养

BM-MSCs在骨髓中含量很少,生理状态下20%为静止期细胞,所以BM-MSCs要应用于临床,其分离培养显得尤其重要。目前分离获取BM-MSCs的方法主要有4种[8-9]:全骨髓差异贴壁法、免疫磁珠法、密度梯度离心法、流式细胞仪分离法。全骨髓差异贴壁法获取BM-MSCs,操作简单,保存了骨髓环境中丰富的粘附分子和各种生长因子的营养作用及其他细胞成分的支持作用,通过换液去除非贴壁的血细胞和造血细胞,提高了原代培养的成功率。免疫磁珠法和流式细胞仪分离法分选程度高,但需联合多个表面标志,且分选过程中对细胞的生物活性影响较大。密度梯度离心法根据骨髓细胞成分的密度不同,应用Ficoll或淋巴细胞分离液Percoll进行分离BM-MSCs,但分离液对细胞都有一定的毒性作用,造成细胞损伤,影响细胞的活性,使BM-MSCs培养困难。采用全骨髓差异贴壁法分离培养BM-MSCs,第一代纯化可以达到92%,第二代纯化超过96%[10]。

2 BM-MSCs诱导分化为肝样细胞的实验研究

骨髓干细胞研究的升温,其替代或作为过渡肝移植、肝细胞移植、肝干细胞移植治疗终末期肝脏疾病越来越成为可能。目前,国内外众多机构对体内、外骨髓干细胞向肝细胞的横向分化做了大量的工作,使干细胞移植成为基础和临床研究的热点。

2.1 BM-MSCs体内诱导分化为肝样细胞的研究

自从Petersen等[11]报道大鼠骨髓中的某个细胞群体具有分化为肝样细胞和胆管上皮细胞的潜能。这一结果提示,根据干细胞所处微环境的不同,其分化方向亦有较大的可塑性。有研究报道BM-MSCs是应激状态下肝再生细胞的主要肝外来源[12]。Theise等[13]将雌性小鼠给予致死量放射线照射,并将雄性小鼠的骨髓移植到该雌性小鼠体内,实验结果发现在雌性小鼠肝脏有部分细胞表达Y染色体同时表达肝细胞标志ALBmRNA,认为移植的骨髓干细胞在小鼠中能分化为肝样细胞。动物肝损伤后其体内产生大量对肝细胞生长有利的因子,利用这一特殊内环境对BM-MSCs进行诱导分化。Terai等[14]首先建立CCL4诱导的小鼠肝硬化模型,然后从尾静脉注入lxl05个经绿色荧光蛋白(GFP)标记的BM-MSCs,4周后肝脏中有25%的细胞是BM-MSCs,并横向分化为能分泌ALB的肝样细胞。AvitaI等[15]采用免疫磁珠分离法从大鼠和人骨髓中分离出β2-m-/Thy-1+细胞,这些细胞同时表达其他肝细胞特异性标志物ALB、AFP、CK-18。Yukiko Saji[16]等鉴定了在肝损伤小鼠模型体内碱性成纤维生长因子能促进BM-MSCs分化为肝样细胞,并且提高了ALB的表达,且能在增殖过程中保留BM-MSCs的多向分化潜能。

2.2 BM-MSCs体外诱导分化为肝样细胞的研究

研究表明骨髓干细胞在体外能诱导分化为肝系细胞,调控肝再生的细胞因子包括:肝细胞生长因子(HGF)、表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、转化生长因子a(TGF-a)、肝细胞再生刺激因子(HSS)、抑瘤素M(0SM)等[17]。Oh等[18]在体外培养的大鼠骨髓细胞中加人HGF诱导BM-MSCs向肝样细胞诱导分化实验,经诱导后显微镜下可观察到肝细胞样形态,用免疫细胞化学法检测到ALB和CKl8。HGF它是一种普遍存在并具有多能性的细胞因子,对表达C-met的多种细胞的有丝分裂及塑形都具有刺激作用并通过与受体C-met相互作用而对多种细胞产生促有丝分裂作用,促进细胞增生,影响细胞迁移[19]。Oklumoto等[20]采用阴性选择磁场细胞分离系统得到丰富的BM-MSCs,将其与肝细胞共同培养7d后经RT-PCR检测出BM-MSCs分化为具有表达AFP和ALBmRNA的肝特异性标志的细胞。Lee KD[21]等采用两步法诱导方案,将骨髓来源的间充质干细胞分离后,首先接种于含20 ng/ml表皮生长因子(EGF)和10 ng/ml成纤维细胞生长因子-4(FGF-4)培养液中培养7d后改为肝细胞生长因子(HGF)和抑瘤素M(OSM),诱导培养2周后,表达ALB、CKl8,4周后开始分泌尿素,实验结果提示BM-MSCs诱导分化为有肝细胞功能的细胞。FGF被认为是肝细胞发生的初始生长因子。Schwartz RE等[22]从骨髓中分离出BM-MSCs,在培养体系中加入HGF、FGF-4等生长因子诱导后间充质干细胞向肝细胞分化。bFGF是一个肝素结合的多肤类丝裂源,广布于各种组织中,可促进胚胎肝脏的形成和发育,并具有广泛的生物活性,可影响细胞的粘附、增殖和分化,不仅能提高BM-MSCs的增殖速度及其寿命,且能在增殖过程中保留BM-MSCs的多向分化潜能。可见,提供适宜的诱导和微环境,BM-MSCs在体外能得到很好的扩增和定向分化为肝样细胞。

3 展望

目前对骨髓间充质细胞的研究还处于理论阶段,研究仍然以动物实验为主,要达到治疗水平的肝脏重建尚存在大量的问题需要解决,如何使BM-MSCs稳定地传代时又保持良好的分化潜能;如何寻找和鉴定MSCs所特有的细胞表面标志分子;诱导BM-MSCs的分子机制。开关基因是什么?分化中各种组织特异性生长因子。营养因子等各自起到何种作用。上述干细胞体外培养的安全性还值得进一步研究。随着对BM-MSCs研究的不断进展,有理由相信,BM-MSCs将替代成熟肝细胞而成为肝细胞移植或生物人工肝的一种新来源。

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