“动物细胞融合与单克隆抗体”教学案例

江苏省靖江高级中学 张 俊

 　课型：复习课
　　教学目标：
　　1．复习动物细胞融合与植物体细胞杂交的区别和联系。
　　2．简述动物细胞融合和单克隆抗体制备的过程。
　　3．让学生尝试设计几种单克隆抗体的制备方案，指导学生掌握获取知识和探索生物科学的基本方法，培养学生创造性的思维能力。
　　4．了解单克隆抗体在医学实践中的应用，并体验科学、技术、社会三者间的关系。
　　教学过程实录：
　　展示必修一教材上证明细胞膜上的蛋白质分子是运动的“人—鼠细胞融合过程的图片”，提问：如何实现人—鼠细胞的融合，以及动物细胞融合后还有什么用途呢？引出复习课题。
　　【直观展示（一）】
　　展示植物体细胞杂交技术流程图和灭活病毒诱导动物细胞融合过程的示意图， 让学生说出实验过程，并比较两者的区别与联系。
　　【沟通表达（一）】
　　根据植物体细胞杂交技术流程图和灭活病毒诱导动物细胞融合过程的示意图，和学生进行沟通和表达。主要有以下内容：
　　1．植物体细胞杂交技术的过程是怎样的？（先用酶去除两种植物细胞的细胞壁，使之成为原生质体，再用物理或化学的方法，诱导两种原生质体融合成杂种细胞，最后用植物组织培养的方法把杂种细胞培育成新的植物体。）
　　2．动植物细胞在结构上有何区别？（动物细胞无细胞壁、无明显的液泡、无质体。）
　　3．动物细胞融合的基本原理与植物原生质体融合的基本原理是否相同？（相同）
　　4．动物细胞融合为什么可用灭活的病毒能作为诱导剂？（因为灭活的病毒能使细胞膜上的蛋白质分子和脂质重新排布，细胞膜打开，细胞发生融合。）
　　5．不灭活的病毒能作为诱导剂吗？（不能，因为不灭活的病毒会感染细胞，而不能诱导细胞融合。）
　　6．动物细胞融合有什么意义呢？（细胞融合技术能打破生殖隔离，使远缘杂交成为可能。）
　　【直观展示（二）】
　　展示单克隆抗体制备示意图，学生阅读和讨论相结合，培养学生的阅读及识图能力，使学生体验到科学是一个探究过程，科学研究需要创新的意识和合作精神。
　　【沟通表达（二）】
　　根据示意图，把本节课的难点问题分解成问题串逐一讨论解决，以突破本节课的难点。主要有以下内容：
　　1．传统的抗体生产方法及缺陷是什么？（传统的抗体生产方法是向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需要的抗体。这种生产抗体的方法产量和纯度都很低，而且制备的抗体特异性差。）
　　2．B淋巴细胞有什么特点？（B淋巴细胞能产生抗体，但每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。）
　　3．什么是单克隆抗体？（用单个B淋巴细胞进行无性繁殖，也就是通过克隆形成细胞群，这样的细胞群就有可能产生出化学性质单一、特异性强的抗体，即单克隆抗体。）
　　4．米尔斯坦和柯勒两位科学家极富创造性的设想是什么？（如果把一种B淋巴细胞与能在体外大量增殖的骨髓瘤细胞进行融合，所得到的融合细胞既能大量增殖，又能产生足够数量的特定抗体。）
　　5．如果把B淋巴细胞和骨髓瘤细胞放在一起时，会有几种融合方式？（有B淋巴细胞间的融合、骨髓瘤细胞间的融合以及B淋巴细胞与骨髓瘤细胞间的融合。）
　　6．能产生抗体的杂交瘤细胞是如何筛选出来的？（先用选择性培养基筛选出杂种细胞，再进行抗体检测和克隆化培养就能得到杂交瘤细胞。）
　　7．科学家又是如何利用杂交瘤细胞来生产抗体的呢？（第一种方法是：将杂交瘤细胞在体外大规模培养，从细胞培养液中就能提取大量的单克隆抗体；第二种方法是：把杂交瘤细胞注射到小鼠腹腔内增殖，再从小鼠腹腔中提取单克隆抗体。）
　　8．单克隆抗体最主要的优点是什么？（特异性强、灵敏度高，并可能大量制备）
　　9．单克隆抗体有哪些主要的用途？（诊断试剂；治疗疾病和运载药物。）
　　【研究分享】
　　针对本节课内容学生进行小组讨论和研究，最终几个组确定了以下最值得研究的问题：
　　1．根据中学生物所学的知识谈谈病毒有哪些应用？
　　2．在细胞融合的实际操作过程中，是只用单个的两种细胞来融合吗？为什么？
　　3．如何进行杂交瘤细胞的抗体检测及克隆化培养？
　　4．应用所学的生物学知识，尝试设计几种生产单克隆抗体的方案？（提示：无限增殖细胞的细胞质中有个PrG基因叫无限增殖调控基因，它能使细胞无限增殖。）
　　5．科学家的成功给了我们什么启示？
　　学生进行研究，老师进行必要的指导。
　　研究得出比较成熟的结论时，各小组向全班同学报告自己的研究成果，让全班同学分享。
　　分享的主要观点：
　　1．在免疫学的应用中用灭活的病毒或毒性削弱的活病毒作疫苗，通过接种疫苗来进行流行性疾病的免疫预防。在基因工程中用活病毒作为目的基因进入受体细胞的载体。动物细胞融合技术中用灭活的病毒作为诱导剂。
　　2．不是，是用多个两种细胞放在一起，让它们融合的。原因是：就目前常用的细胞融合方法来看，不管是用物理的、化学的方法，还是生物的方法，其融合率都不可能是100%。仅用两个细胞融合，其效率太低，不一定能得到融合细胞。更重要的是，即使两个细胞已发生融合，但并不一定是研究者期望得到的细胞类型。目前动物细胞融合技术最有价值的应用就是单克隆抗体的制备。我们以制备单克隆抗体为例来说明这一问题。我们知道，体内产生的特异性抗体种类可多达百万种以上，但是每一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体，如果仅取一个脾细胞（含B淋巴细胞）和一个瘤细胞杂交，我们不能确定该脾细胞分泌的抗体是否正是我们所需要的；若用大量的脾细胞和瘤细胞进行融合，就可以从融合细胞中筛选出能分泌所需抗体的杂交瘤细胞。
　　3．融合后的细胞经选择性培养基培养后，能存活的细胞就是杂交瘤细胞。但这些杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞，通常用“有限稀释法”来选择。将杂交瘤细胞稀释，用多孔细胞培养板培养，使每孔细胞不超过一个，通过培养让其增殖。然后检测各孔上清液中细胞分泌的抗体（常用酶联免疫吸附试验法），那些上清液可与特定抗原结合的培养孔为阳性孔。阳性孔中的细胞还不能保证是来自单个细胞，挑选阳性孔的细胞继续进行有限稀释，一般需进行3～4次，直至确信每个孔中增殖的细胞为单克隆细胞。该过程即为杂交瘤细胞的克隆化培养。
　　4．方案一（基因工程方案）：首先从无限增殖细胞的细胞质中获得PrG基因，作为目的基因，然后构建基因表达载体，接着将目的基因导入到特定抗原刺激后小鼠产生的浆细胞（效应B细胞）中，检测筛选出基因导入成功的重组细胞，再筛选出能产生专一抗体的重组细胞，最后进行细胞培养，大量繁殖这一细胞，即得到单克隆抗体。 
　　方案二（动物体细胞核移植技术方案）：首先用特定抗原刺激小鼠，从小鼠体中筛选出能产生专一抗体的浆细胞（效应B细胞），取出其细胞核，将其移入一个已经去掉细胞核的无限增殖细胞中，得到重组细胞，最后进行细胞培养，大量繁殖这一细胞，即得到单克隆抗体。
　　5．科学是一个探究过程，科学研究需要创新的意识和合作精神。让学生体验到科学、技术、社会三者间的关系。
　　【反馈提高】
　　1．和学生一起对本节课内容进行小结。对制备单克隆抗体三个方案进行比较研究，并要求他们画出了流程图。
　　2．以“考考我的小伙伴”的形式进行同伴互测。
　　3．课后要求学生通过报刊、杂志、互联网或其他媒体搜集资料，了解细胞工程的新进展，就自己感兴趣的领域，自定选题，写一篇综述报告。