高中生物第三章胚胎工程第12课时胚胎干细胞的研究及其应用学案苏教选修3

第12课时胚胎干细胞的研究及其应用[学习目标] 1.理解干细胞的概念与分类。

2.掌握胚胎干细胞的来源、特点及分离途径与方法。

3.举例说明胚胎干细胞的应用。

4.了解胚胎干细胞的研究进展及其所面临的各种挑战。

一、胚胎干细胞及其研究进展1．什么是干细胞？答案动物(包括人)胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。

2．按照分化潜能的大小，干细胞基本上可分为专能干细胞、多能干细胞、全能干细胞。

3．上皮组织基底层中的干细胞属于什么干细胞？这类干细胞有何特点？答案专能干细胞。

只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞。

4．造血干细胞属于什么干细胞？这类干细胞有何特点？答案多能干细胞。

具有分化成多种细胞或组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力。

5．胚胎干细胞属于什么干细胞？这类干细胞有何特点？答案全能干细胞。

可以分化为全身200多种细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官。

6．如何获得胚胎干细胞？答案(1)从早期的胚胎中未分化的细胞中获得。

(2)从胎儿的原始性腺中分离出来。

7．囊胚包括内细胞团和滋养层两部分。

它们有何功能？是否是全能细胞？答案内细胞团在囊胚阶段才出现，它将来发育成胎儿的各种组织，属于胚胎干细胞，具有全能性。

滋养层细胞将来发育成胚胎的支持组织，如胎盘等，不是全能细胞。

8．胚胎干细胞有何特点？答案(1)具有体积小、细胞核大、核仁明显等形态特征，具有发育的全能性。

(2)具有增殖能力并保持未分化状态，在一定条件下可分化为各种组织和器官。

(3)易于进行基因改造操作。

二、胚胎干细胞的应用及面临的难题1．胚胎干细胞是研究细胞分化和细胞凋亡的重要材料，为什么？答案胚胎干细胞在功能上类似于早期的胚胎细胞，有可能被用于揭示那些会干扰胎儿发育和引起出生缺陷的药物的致病机理。

将胚胎干细胞培养在加入牛黄酸、丁酰环腺苷酸等分化诱导因子的培养液中时，它们会分化成不同的组织细胞。

2．总结胚胎干细胞的主要用途。

答案胚胎干细胞的主要用途是：(1)对人胚胎干细胞的研究，可以帮助人们理解复杂的人体发育过程，并促进对人胚胎发育细节的基础研究，从而揭示人与动物的发育机制及影响其发育的因素。

(2)在研究新药对各种细胞的药理和毒理实验中，胚胎干细胞为其在细胞水平上的研究提供了材料，大大减少了新药研究所需动物的数量，从而降低了研究成本。

(3)胚胎干细胞的研究为细胞或组织移植提供无免疫原性的材料，用于疾病治疗。

3．为什么捐出一部分骨髓救治他人，不会给捐献者的身体健康造成损伤？答案(1)所谓捐献骨髓，实际上医生只是从捐献者的骨髓中分离出一部分造血干细胞供移植。

(2)干细胞的一个重要特点是自我更新能力很强，被分离走的那部分造血干细胞，很快就会被“补齐”。

因此捐献骨髓不会影响捐献者的身体健康。

(3)医生只是在医学公认的安全条件下，分离出捐献者有限数量的造血干细胞，而且整个抽取、分离过程，都是在设备良好的大医院中进行的，一般不会对捐献者造成意外伤害。

4．简述胚胎干细胞的研究目前面临哪些挑战。

答案(1)自从胚胎干细胞被分离出来后，各国政府和科学家就胚胎干细胞的研究和应用展开了一场激烈的争论，它给法律、伦理、国家和社会安定等方面带来的冲击是空前的。

(2)因为器官移植是一个非常复杂的过程，所以胚胎干细胞真正用于器官克隆和移植还需要技术上的突破。

(3)胚胎干细胞的应用给伦理、法律、宗教等带来了新的研究课题。

一、有关干细胞的理解1．干细胞的特点具有自我复制和多向分化潜能。

在体外培养时，只增殖不分化。

2．各类干细胞的比较名称全能干细胞多能干细胞专能干细胞特点可以分化为全身200多种细胞，并进一步形成机体的所有组织、器官具有分化成多种细胞或组织的潜能，但不能发育成完整的个体只能分化成某一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞举例受精卵、胚胎干细胞造血干细胞神经干细胞应用用于病人的器官移植等造血干细胞移植是治疗血液系统疾病、遗传性血液病等的有效手段通过神经干细胞移植治疗脑瘫、头颅外伤等病症(1)从体外培养的胚胎中获得。

(2)从早期流产的胎儿中获得。

(3)从克隆的胚胎中获得。

(4)从成体中获得。

(5)从原始性腺中分离。

4．干细胞与癌细胞的比较名称遗传物质增殖分化来源干细胞不变能增殖，能正常分化早期胚胎或原始性腺细胞癌细胞改变能增殖，不能分化基因突变美、日两国曾在《科学》和《细胞》两份顶级学术期刊上发表研究成果：将人体皮肤细胞改造成可以分化为多种细胞的“万能细胞”。

如图是“万能细胞”的诞生过程，图中OCT4、SOX2、NANOG和LIN28是在胚胎干细胞中能高度表达并决定其“全能性”的四个基因，将改造后的“万能细胞”植入小鼠身体上，植入的细胞长成了“肿瘤”，“肿瘤”中出现了神经、骨髓、肌肉等各种类型的细胞。

请据图回答下列问题：(1)胚胎干细胞又称ES细胞，是由__________中分离出来的一类细胞，如果胚胎发育到囊胚期，这时的________细胞就是ES细胞。

(2)胚胎干细胞在功能上具有发育的__________。

(3)图中逆转录病毒的作用是________________________________，过程③利用了逆转录病毒的________特性。

(4)万能干细胞经体外诱导分化，可以培育出人造组织器官，这样培育的特殊细胞或器官移回病人体内与异体器官移植相比，最大的优点是________________________________________。

答案(1)早期胚胎或原始性腺内细胞团(2)全能性(3)作为基因工程的载体感染(宿主细胞) (4)不会产生免疫排斥反应解析(1)结合动物的个体发育过程可得出胚胎干细胞是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞，囊胚期的内细胞团还没有高度分化。

(2)胚胎干细胞能发育成个体，体现了细胞的全能性。

(3)能携带“目的基因”的逆转录病毒在基因工程中是作为载体的，利用其感染宿主细胞的能力把目的基因导入受体细胞。

(4)器官移植最大的问题是发生异体免疫排斥反应，如果是自身细胞发育来的器官就不会发生这种情况。

1．下列对于干细胞具有的能力的描述，正确的是( )①具有自我更新能力②能进行新陈代谢③具有分化发育潜能④能进行细胞呼吸A．①②③B．②③④C．①③④D．①②③④答案 D解析干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞。

2．正常人体内的造血干细胞能分裂产生各种血细胞，在体外，在某些因素的诱导下，却可以分化为神经细胞和肝细胞。

其根本原因是这些造血干细胞( )A．有旺盛的分裂能力B．还没有分化C．能合成神经细胞和肝细胞需要的蛋白质D．具有与受精卵相同的全套遗传基因答案 D解析造血干细胞来自受精卵的有丝分裂，含有与受精卵相同的基因。

它是一种分化程度较低的细胞，因而在一定的条件下，可以增殖分化成不同种类的细胞。

3．某人因大面积烧伤需要皮肤移植，下列哪种来源的皮肤最容易移植成功( )A．将父母的胚胎干细胞定向诱导分化成的皮肤B．将兄弟或姐妹的胚胎干细胞定向诱导分化成的皮肤C．将子女的胚胎干细胞定向诱导分化成的皮肤D．自己的皮肤细胞经细胞培养技术培育成的皮肤答案 D解析进行器官移植时，需慎重选择供体器官，以免出现免疫排斥现象。

用自体细胞培养形成的器官进行移植，可以解决这个问题。

4．下列对“人类胚胎干细胞”这一概念的理解，正确的是( )A．人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期囊胚外表的扁平细胞和囊胚腔内侧的内细胞团细胞B．人类胚胎干细胞就是人类胚胎发育早期囊胚腔内侧的内细胞团细胞C．人类胚胎干细胞是人类囊胚中可发育成胎盘、肝、肺、骨骼、皮肤等的全能性细胞D．人类胚胎干细胞体积较小、细胞核小、核仁明显答案 B解析人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期，囊胚中尚未分化的细胞。

囊胚外表是一层扁平细胞，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等；中心的腔称为囊胚腔，腔内侧有内细胞团。

内细胞团在形成内、中、外三胚层时开始分化，内胚层分化形成肝、肺、肠等，中胚层分化形成骨骼、血液和肌肉等，外胚层分化形成皮肤、眼睛和神经系统等。

由于内细胞团细胞能发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。

人类胚胎干细胞体积小、细胞核大、核仁明显。

5．下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎工程的叙述，正确的是( )A．卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不断增加B．胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分割C．胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白质合成旺盛等特点D．胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期胚胎中分离获取答案 D解析A选项中卵裂期细胞不断分裂但胚胎总体积不变，故细胞数目增多，有机物逐渐消耗而减少；B选项中内细胞团是囊胚时期的，不是原肠胚时期的；C选项胚胎干细胞具有细胞核大、核仁明显的特点；D选项，胚胎干细胞是全能干细胞，是未分化细胞。

基础再现1．下列关于干细胞的说法，错误的是( )A．专能干细胞只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞B．造血干细胞属于专能干细胞C．全能干细胞在一定条件下可以发育成一个完整的个体D．多能干细胞具有分化成多种细胞或组织的潜能答案 B解析专能干细胞只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞，而造血干细胞能分化成多种细胞，属于多能干细胞。

2．帕金森氏综合征是由于大脑某个部位的脑细胞受损，而使其相应的功能丧失而导致的。

若用胚胎干细胞移植治疗病人，应该( )A．将胚胎干细胞直接植入病变部位B．将胚胎干细胞通过血液输送到病变部位C．将胚胎干细胞定向诱导为相应的神经元来替代受损的脑细胞D．将胚胎干细胞定向诱导为脑细胞，通过血液输送到受损部位答案 C解析胚胎干细胞具有多向分化的潜能，可以分化为各种细胞、组织，甚至器官。

用胚胎干细胞治疗疾病应将胚胎干细胞定向诱导为相应的细胞或组织，移植替换到病变部位。

3．胚胎干细胞是哺乳动物或人早期胚胎中的细胞，可以进一步分裂、分化成各种组织干细胞，再进一步分化成各种不同组织。

下列叙述不正确的是( )A．各种组织干细胞分化形成不同组织细胞是基因选择性表达的结果B．胚胎干细胞分化成肝脏细胞的过程体现了细胞的全能性C．造血干细胞分化形成红细胞、白细胞的过程是不可逆的D．胚胎干细胞有细胞周期，神经干细胞分化形成的神经细胞没有细胞周期解析细胞分化的实质是基因的选择性表达，A正确；胚胎干细胞分化成肝脏细胞的过程是细胞分化，细胞全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能，B错误；细胞分化的过程是不可逆的，C正确；已经分化的细胞没有细胞周期，D正确。

4．美国人马里奥·卡佩奇、奥利弗·史密斯和英国人马丁·伊文思因干细胞研究赢得2007年诺贝尔生理学或医学奖。

下面图中最能完整体现正常机体内干细胞基本特征的是( )答案 D解析胚胎干细胞和成体干细胞均具有进一步分化的潜能，它们的后代细胞，一部分仍然保留有亲代细胞的分裂、分化潜能，一部分通过细胞分化形成了各种功能的细胞类型。