2024-2025學(xué)年高中生物第3章胚胎工程第2節(jié)胚胎工程及其應(yīng)用第2課時(shí)胚胎干細(xì)胞的研究及其應(yīng)用學(xué)案蘇教版選修3

PAGE9-第2課時(shí)胚胎干細(xì)胞的探討及其應(yīng)用1．理解干細(xì)胞的概念、分類、來源、特點(diǎn)及分別途徑與方法。(重、難點(diǎn))2．舉例說明胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用并了解胚胎干細(xì)胞的探討進(jìn)展及其所面臨的各種挑戰(zhàn)。學(xué)問點(diǎn)一|干細(xì)胞及其分類1．干細(xì)胞(1)含義：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。(2)作用：是重建、修復(fù)病損或蒼老組織、器官功能的種子細(xì)胞。(3)分類：專能干細(xì)胞、多能干細(xì)胞和全能干細(xì)胞。①專能干細(xì)胞：只能分化成一種類型或功能親密相關(guān)的兩種類型的細(xì)胞，如上皮組織基底層的干細(xì)胞。②多能干細(xì)胞：具有分化成多種細(xì)胞或組織的潛能，但失去了發(fā)育成完整個(gè)體的實(shí)力，如造血干細(xì)胞。③全能干細(xì)胞：可以分化為全身200多種細(xì)胞，并進(jìn)一步形成機(jī)體的全部組織、器官，如胚胎干細(xì)胞。(4)探討進(jìn)展①干細(xì)胞探討起先于胚胎干細(xì)胞。②在干細(xì)胞探討中，成果比較顯著的是美國和日本兩個(gè)國家。2．胚胎干細(xì)胞(1)含義：指在早期的胚胎中未分化的細(xì)胞或從原始性腺中分別出來的一類細(xì)胞。(2)特點(diǎn)：具有增殖實(shí)力并保持未分化狀態(tài)，在肯定條件下可分化為各種組織和器官。a．形態(tài)上：體積小、核大、核仁明顯。b．功能上：具有發(fā)育的全能性。eq\a\vs4\al([合作探討])當(dāng)前的生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域正在探討“干細(xì)胞治療”，所謂“干細(xì)胞治療”是把健康的干細(xì)胞移植到病人體內(nèi)，以達(dá)到修復(fù)病變細(xì)胞或重建功能正常的細(xì)胞和組織的目的。干細(xì)胞療法就像給機(jī)體注入新的活力，是從根本上治療很多疾病的有效方法。探討eq\a\vs4\al(1)：干細(xì)胞的增殖方式和分化的實(shí)質(zhì)分別是什么？提示：干細(xì)胞的增殖方式為有絲分裂，分化實(shí)質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)基因的選擇性表達(dá)。探討eq\a\vs4\al(2)：試分析干細(xì)胞與癌細(xì)胞主要有什么區(qū)分？提示：(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。eq\a\vs4\al([思維升華])1．干細(xì)胞作用具有重建、修復(fù)病損或蒼老組織、器官的功能。2．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親密相關(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3.獲得干細(xì)胞的主要途徑(1)從體外培育的胚胎中獲得。(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。4．胚胎發(fā)育過程中干細(xì)胞的發(fā)育分化過程受精卵→全能干細(xì)胞→多能干細(xì)胞→專能干細(xì)胞。1.胚胎干細(xì)胞是哺乳動(dòng)物或人早期胚胎中的細(xì)胞，可以進(jìn)一步分裂、分化成各種組織干細(xì)胞，再進(jìn)一步分化成各種不同的組織。下列敘述不正確的是()A．各種組織干細(xì)胞分化形成不同組織細(xì)胞是基因選擇性表達(dá)的結(jié)果B．胚胎干細(xì)胞有細(xì)胞周期，神經(jīng)干細(xì)胞分化形成的神經(jīng)細(xì)胞沒有細(xì)胞周期C．造血干細(xì)胞分化形成紅細(xì)胞、白細(xì)胞的過程是不行逆的D．肝臟干細(xì)胞分化成肝臟細(xì)胞的過程表現(xiàn)了細(xì)胞的全能性【解析】肝臟干細(xì)胞分化成肝臟細(xì)胞的原理是細(xì)胞增殖和細(xì)胞分化，沒有得到完整的動(dòng)物個(gè)體，故不能體現(xiàn)細(xì)胞的全能性?！敬鸢浮緿2．如圖為哺乳動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞及其分化的示意圖。(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)中分別得到的一類細(xì)胞。(2)圖中分化程度最低的干細(xì)胞是____________。在體外培育條件下，培育液中加入______________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______，其緣由是________________________________________________________________________________________________________________________________?！窘馕觥?1)胚胎干細(xì)胞是由早期胚胎中分別出來的一類細(xì)胞，囊胚階段細(xì)胞起先分化為內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和滋養(yǎng)層細(xì)胞。(2)題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，在體外培育條件下，該種干細(xì)胞可誘導(dǎo)分化形成不同類型的組織細(xì)胞，培育液中需加入分化誘導(dǎo)因子。(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)物須要供體供應(yīng)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?！敬鸢浮?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)胞核學(xué)問點(diǎn)二|胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用及面臨挑戰(zhàn)1．胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用(1)假如科學(xué)家最終能夠勝利誘導(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)探討和臨床應(yīng)用帶來主動(dòng)的影響。(2)對(duì)人胚胎干細(xì)胞的探討，可以幫助人們理解困難的人體發(fā)育過程，進(jìn)而揭示人與動(dòng)物的發(fā)育機(jī)制及影響其發(fā)育的因素。2．胚胎干細(xì)胞探討面臨的挑戰(zhàn)(1)用于治療性克隆治療性克隆的過程：受精卵置于培育基中→受精卵分裂→形成胚胎→取出胚胎干細(xì)胞→誘導(dǎo)生成各種細(xì)胞→用于治療性克隆。(2)面臨的挑戰(zhàn)①平安性問題。②培育條件的優(yōu)化。③對(duì)胚胎干細(xì)胞向不同組織細(xì)胞“定向分化”的條件還不清晰。④創(chuàng)建一種“萬能供者”細(xì)胞，須要破壞或變更細(xì)胞中的很多基因，其可行性仍不清晰。eq\a\vs4\al([合作探討])下面是胚胎干細(xì)胞來源途徑示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答問題：探討eq\a\vs4\al(1)：胚胎干細(xì)胞的來源有哪些？為什么可分化為動(dòng)物體內(nèi)任何一種組織？提示：①來源：從早期胚胎或原始性腺中分別出來。②緣由：胚胎干細(xì)胞具有發(fā)育的全能性。探討eq\a\vs4\al(2)：胚胎干細(xì)胞用于治療人類的某些頑癥的原理是什么？提示：胚胎干細(xì)胞具有發(fā)育的全能性，可以被誘導(dǎo)分化形成新的組織細(xì)胞，經(jīng)移植可使壞死或退化部位得以修復(fù)并復(fù)原正常功能。探討eq\a\vs4\al(3)：胚胎干細(xì)胞為什么可以解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題？提示：通過胚胎干細(xì)胞體外誘導(dǎo)分化，可以培育出人造器官，從而解決供體器官不足。另一方面，由于是自身細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)分化形成的，所以無免疫排斥反應(yīng)。eq\a\vs4\al([思維升華])1．胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用(1)對(duì)人胚胎干細(xì)胞的探討，可以幫助人們理解困難的人體發(fā)育過程，使人們深刻相識(shí)數(shù)十年來困擾著胚胎學(xué)家的一些基本問題，并促進(jìn)對(duì)人胚胎發(fā)育細(xì)微環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)探討，從而揭示人與動(dòng)物的發(fā)育機(jī)制及影響其發(fā)育的因素。(2)在探討新藥對(duì)各種細(xì)胞的藥理和毒理試驗(yàn)中，胚胎干細(xì)胞可以為其在細(xì)胞水平上的探討供應(yīng)試驗(yàn)材料，并且被用來揭示那些會(huì)干擾胎兒發(fā)育和引起誕生缺陷的藥物的致病機(jī)理。(3)胚胎干細(xì)胞的探討和應(yīng)用，能使人們更加深化地了解人的發(fā)育過程，還將給人類帶來全新的醫(yī)療手段。從理論上說，任何涉及丟失正常細(xì)胞功能的疾病，都可以通過移植由胚胎干細(xì)胞分化而來的特異細(xì)胞或組織來治療。①治療性克隆的基本方法和過程人工授精獲得的受精卵置于培育基中→受精卵分裂→接著分裂形成胚胎→取出胚胎干細(xì)胞→干細(xì)胞被誘導(dǎo)生成各種細(xì)胞、組織、器官→用于治療性克隆。②優(yōu)點(diǎn)a．通過自身干細(xì)胞誘導(dǎo)分化形成的組織、器官無免疫原性，移植后不發(fā)生免疫排斥反應(yīng)。b．可以解決目前臨床上存在的供體器官嚴(yán)峻不足的問題。c．可以產(chǎn)生人體內(nèi)具有特別生理功能的稀有蛋白質(zhì)。(4)結(jié)合基因工程等還可以在試管中改良并創(chuàng)建動(dòng)物新品種，培育誕生長快、抗病力強(qiáng)、高產(chǎn)的家畜品種等。2．胚胎干細(xì)胞的探討主要面臨的挑戰(zhàn)(1)胚胎的平安性問題。獲得胚胎干細(xì)胞通常要損毀早期胚胎，而受精卵是生物發(fā)育的起點(diǎn)，胚胎是生命的開端，以犧牲一個(gè)生命的代價(jià)去挽救另一個(gè)生命是否值得？并且，人早期胚胎的探討，可能導(dǎo)致克隆人(即生殖性克隆)的出現(xiàn)。這些都給法律、倫理、國家和社會(huì)平安等方面帶來規(guī)?？涨暗臎_擊。(2)對(duì)胚胎干細(xì)胞的體外培育條件的優(yōu)化仍需進(jìn)一步探討。胚胎干細(xì)胞無論是在體內(nèi)還是體外都具有自我分化的潛能，極易分化為其他細(xì)胞。雖然在體外培育條件下防止干細(xì)胞分化方面已取得重大進(jìn)展，但仍需進(jìn)一步優(yōu)化探討。(3)對(duì)胚胎干細(xì)胞向不同組織細(xì)胞“定向分化”的條件還不清晰。理論上講，胚胎干細(xì)胞可以分化成各種組織細(xì)胞，形成各種器官，但該“定向分化”的條件、機(jī)制目前還不清晰，從而限制了胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用。(4)分化細(xì)胞的增殖是一個(gè)瓶頸問題。(5)創(chuàng)建一種“萬能供者”細(xì)胞，須要破壞或變更細(xì)胞中的很多基因，其可行性仍不清晰。1．胚胎干細(xì)胞探討在醫(yī)學(xué)上有重大應(yīng)用價(jià)值。通過移植胚胎干細(xì)胞期望可以治療下列哪一組疾病()①糖尿病②高血壓③唐氏綜合征(21三體綜合征)④老年癡呆癥⑤白化?、薷嗡ソ逜．①②⑤B．②③⑥C．①④⑥D(zhuǎn)．③④⑤【解析】通過移植胚胎干細(xì)胞期望可以治療糖尿病、老年癡呆癥、肝衰竭等。高血壓屬于多基因遺傳病，唐氏綜合征(21三體綜合征)屬于染色體異樣病，白化病屬于單基因遺傳病，這些病都無法通過胚胎干細(xì)胞治療。【答案】C2．下圖表示利用胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)所作的一系列探討，請(qǐng)據(jù)圖分析回答：(1)上圖中的胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)可以從________和________中分別獲得。(2)過程Ⅰ將胚胎干細(xì)胞置于γ射線滅活的鼠胎兒成纖維細(xì)胞的飼養(yǎng)層上，并加入動(dòng)物血清、抗生素等物質(zhì)，維持細(xì)胞不分化的狀態(tài)。在此過程中，飼養(yǎng)層供應(yīng)干細(xì)胞增殖所需的________，加入抗生素是為了____________。該過程對(duì)于探討細(xì)胞分化和細(xì)胞凋亡的機(jī)理具有重要意義。(3)過程Ⅱ?qū)в羞z傳標(biāo)記的ES細(xì)胞注入早期胚胎的囊胚腔，通過組織化學(xué)染色，用于探討動(dòng)物體器官形成的時(shí)間、發(fā)育過程以及影響因素，這項(xiàng)探討利用了胚胎干細(xì)胞具有________的特點(diǎn)。在哺乳動(dòng)物早期發(fā)育過程中，囊胚的后一個(gè)階段是________。(4)過程Ⅲ是培育轉(zhuǎn)基因小鼠，將獲得的目的基因?qū)肱咛ジ杉?xì)胞之前需構(gòu)建基因表達(dá)載體，目的是___________________________________________________________________________________________。將構(gòu)建好的表達(dá)載體導(dǎo)入胚胎干細(xì)胞最常用的方法是________。(5)過程Ⅳ得到的小鼠畸胎瘤里面全是軟骨、神經(jīng)管、橫紋肌和骨骼等人類組織和器官。試驗(yàn)時(shí)，必需去除小鼠的胸腺，使其存在免疫缺陷，其目的是________________________________________________________________________________________________________________________________，該過程探討的意義在于解決_______________________________________________________________________________________________________問題?！窘馕觥?1)胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)可以從早期胚胎和原始性腺中分別獲得。(2)胚胎干細(xì)胞培育時(shí)所用的飼養(yǎng)層細(xì)胞可以供應(yīng)干細(xì)胞增殖所需的養(yǎng)分物質(zhì)，加入抗生素是為了防止雜菌污染。(3)胚胎干細(xì)胞具有發(fā)育的全能性，通過組織化學(xué)染色，可用于探討動(dòng)物體器官形成的時(shí)間、發(fā)育過程以及影響因素。在哺乳動(dòng)物早期發(fā)育過程中，囊胚的后一個(gè)階段是原腸胚。(4)基因工程中，構(gòu)建基因表達(dá)載體的目的是使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以傳給下一代，同時(shí)使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用。將基因表達(dá)載體導(dǎo)入動(dòng)物細(xì)胞最常用的方法是顯微注射法。(5)去除小鼠的胸腺，小鼠不能形成T細(xì)胞，不發(fā)生細(xì)胞免疫，使移植組織細(xì)胞不會(huì)被排斥。Ⅳ過程探討對(duì)于解決臨床上供體器官不足或器官移植后免疫排斥等問題有重要意義?！敬鸢浮?1)早期胚胎原始性腺(2)養(yǎng)分物質(zhì)防止雜菌污染(3)發(fā)育全能性原腸胚(4)使目的基因在受體細(xì)胞中穩(wěn)定存在，并且可以傳給下一代，同時(shí)，使目的基因能夠表達(dá)和發(fā)揮作用顯微注射法(5)使移植組織細(xì)胞不會(huì)被排斥臨床上供體器官不足或器官移植后免疫排斥等[課堂小結(jié)]學(xué)問網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建核心語句歸納1.干細(xì)胞是具有自我復(fù)制和多向分化潛能的原始細(xì)胞。2.干細(xì)胞的功能是重建、修復(fù)病損或蒼老的組織、器官。3.各類干細(xì)胞的發(fā)育分化過程是：受精卵→全能干細(xì)胞→多能干細(xì)胞→專能干細(xì)胞。4.從囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)可分別獲得胚胎干細(xì)胞。5.胚胎干細(xì)胞可誘導(dǎo)分化形成多種功能細(xì)胞、組織和器官，用于移植。1．下列有關(guān)胚胎干細(xì)胞的功能特性的敘述中，不正確的是()A．具有發(fā)育的全能性B．體外培育可以分化成各種組織、器官C．可以冷凍保存，也可以進(jìn)行遺傳改造D．不行以進(jìn)行增殖【解析】胚胎干細(xì)胞功能特性主要有：具有發(fā)育的全能性，可分化為成年動(dòng)物體內(nèi)任何一種組織細(xì)胞。在體外培育的條件下，胚胎干細(xì)胞可以增殖而不發(fā)生分化。對(duì)它可以進(jìn)行冷凍保存，也可以進(jìn)行遺傳改造。【答案】D2．下列關(guān)于哺乳動(dòng)物的胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用，不正確的是()A．利用胚胎干細(xì)胞可誘導(dǎo)分化形成新的組織細(xì)胞的特性，修復(fù)壞死或退化的細(xì)胞B．隨組織工程技術(shù)的發(fā)展，將來可利用胚胎干細(xì)胞培育出人造器官C．目前人類已能利用胚胎干細(xì)胞治療帕金森綜合癥、老年癡呆癥等頑癥D．胚胎干細(xì)胞是探討體外細(xì)胞分化的志向材料【解析】胚胎干細(xì)胞用于治療人類某些頑癥，目前在動(dòng)物試驗(yàn)方面，已勝利的治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑難病癥，但是還沒有用于人類頑癥的治療?！敬鸢浮緾3．胚胎干細(xì)胞的應(yīng)用價(jià)值不包括()A．可用于治療人類的肝衰竭、少年糖尿病等B．可以培育出人造組織、器官C．可作為探討體外細(xì)胞分化的志向材料D．可以治療人類的闌尾炎、過敏反應(yīng)等【解析】胚胎干細(xì)胞在體外培育，可以定向分化為各種專能干細(xì)胞或組織細(xì)胞，也可以發(fā)育成生物器官甚至于完整的個(gè)體。闌尾炎是細(xì)菌感染引起的疾病，不能用干細(xì)胞移植來治療。細(xì)胞分化的機(jī)制目前還不非常明白，胚胎干細(xì)胞這一原