Giải chuyên đề học tập Sinh học 10 Cánh diều bài 5: Các giai đoạn của công nghệ tế bào động vật

Câu hỏi mở đầu

Để có được dòng tế bào buồng trứng chuột hamster (CHO), theo em, người ta phải thực hiện các giai đoạn nuôi cấy mô tế bào nào?

Bằng cách nào mà kháng thể đơn dòng được sản xuất với số lượng lớn?

Để có được dòng tế bào buồng trứng chuột hamster (CHO), theo em, người ta phải thực hiện các giai đoạn nuôi cấy mô tế bào:

• Chuẩn bị mẫu và môi trường nuôi cấy
• Nuôi cấy
• Thu nhận sản phẩm

Bằng cách nuôi cấy thực hiện trong dịch nuôi ở bình phản ứng sinh học có thể tích lớn mà kháng thể đơn dòng được sản xuất với số lượng lớn.

I. Các giai đoạn của công nghệ tế bào động vật

Tìm hiểu thêm. Tại sao trong nuôi cấy tế bào động vật, người ta thường phải xử lí mẫu mô bằng cơ học (cắt nhỏ) kết hợp với xử lí bằng enzyme trypsin?

Trong nuôi cấy tế bào, sau khi cắt, mẫu được xử lí với enzyme (ví dụ: trypsin, collagenase hoặc versenc) để phá vỡ liên kết giữa các tế bào, liên kết giữa tế bào và chất nền ngoại bào và giải phóng tế bào ra môi trường. Sau khi phản ứng trypsin hoá hoàn toàn và tế bào được phân tách, huyết thanh được bổ sung để trung hoà hoạt tính enzyme. Mẫu tế bào thu được sẽ sử dụng cho giai đoạn tiến hành nuôi cấy.

Câu hỏi 1. Hãy quan sát sơ đồ ở hình 5.1 và cho biết công nghệ tế bào động vật gồm những giai đoạn nào.

Các giai đoạn của công nghệ tế bào động vật

• Giai đoạn chuẩn bị mẫu và môi trường nuôi cấy
• Giai đoạn nuôi cấy
• Giai đoạn thu nhận sản phẩm công nghệ tế bào

Luyện tập 1. Đặc điểm của nuôi cấy sơ cấp là gì? Vì sao dịch nuôi cấy sơ cấp có đặc điểm đó? Hãy sưu tầm thông tin về các dòng tế bào sơ cấp và ứng dụng của chúng.

Đặc điểm của nuôi cấy sơ cấp là:

• Dịch nuôi cấy sơ cấp ban đầu thường không đồng nhất, sau một thời gian dòng tế bào nuôi cấy trở nên vượt trội.
• Chỉ duy trì trong thời gian ngắn do tế bào dừng phân chia (già hóa) sau một số lần phân bào.

Các kiểu hình tế bào sơ cấp phổ biến bao gồm biểu mô, nội mô, tế bào sừng, tế bào hắc tố, nguyên bào sợi, nguyên bào xương, tế bào cơ và tế bào gan.

Tế bào sơ cấp là tế bào của động vật có vú được thu hoạch trực tiếp từ các mô sống của người hoặc động vật. Chúng khác với tế bào gốc ở chỗ các tế bào sơ cấp không phải tế bào gốc thường được biệt hóa ở giai đoạn cuối. Do đó, tế bào sơ cấp được xem là đại diện chặt chẽ cho các mô mà chúng được phân lập.

Luyện tập 2. Hãy nêu sự khác biệt giữa nuôi cấy huyền phù và nuôi cấy đơn lớp.

Luyện tập 3. Yếu tố nào quyết định sự hình thành dạng huyền phù và dạng đơn lớp của sản phẩm nuôi cấy tế bào động vật?

Hướng dẫn trả lời:

Yếu tố quyết định sự hình thành dạng huyền phù và dạng đơn lớp của sản phẩm nuôi cấy tế bào động vật là tính dính bám.

• Trong môi trường dạng lỏng và được khuấy, các tế bào phân chia và duy trì trong bình nuôi cấy tạo nên dung dịch huyền phù tế bào. Một số loại tế bào phù hợp với nuôi cấy huyền phù như các tế bào có nguồn gốc từ mô máu do chúng có đặc tính không phụ thuộc dính bám.
• Nhiều tế bào có tính phụ thuộc dính bám, do đó khi được nuôi cấy trên cơ chất tạo nên bề mặt phù hợp, chúng có thể bám dính, lan rộng và hình thành đơn lớp tế bào.

Luyện tập 4. Nêu đặc tính khác biệt nổi bật giữa tế bào nuôi cấy đơn lớp và tế bào nuôi cấy huyền phù.

Tế bào nuôi cấy huyền phù không phụ thuộc dính bám.

Tế bào nuôi cấy đơn lớp phụ thuộc dính bám.

II. Ví dụ về quy trình cộng nghệ tế bào động vật: sản suất kháng thể đơn dòng

Câu hỏi 2. Vì sao để sản xuất kháng thể đơn dòng, cần tạo ra dòng tế bào lai giữa tế bào lách chuột đã gây miễn dịch và tế bào u tủy (myeloma)?

Để sản xuất được kháng thể đơn dòng, cần tạo ra dòng tế bào lai giữa tế bào lách chuột đã gây miễn dịch và tế bào u tuỷ vì tế bào lympho B bình thường sinh ra kháng thể nhưng có tuổi thọ hữu hạn khi nuôi cấy, nên để sản xuất được kháng thể đơn dòng, cần tạo ra dòng tế bào lympho B bất tử bằng cách dung hợp tế bào lympho B bình thường từ động vật đã được gây miễn dịch với tế bào u tuỷ (myeloma).

Luyện tập 5. Hãy nêu các loại mẫu mô tế bào động vật được sử dụng trong nuôi cấy in vitro. Mỗi loại mẫu này được sử dụng với mục đích gì?

Kháng thể đơn dòng - Protein có khả năng liên kết đặc hiệu chỉ với một protein kháng nguyên, được sử dụng trong nghiên cứu và ứng dụng trong điều trị bệnh.

Luyện tập 6. Mục đích của việc nuôi cấy thứ cấp tế bào động vật là gì?

Nuôi cấy thứ cấp sẽ tạo ra lượng lớn tế bào (dịch nuôi thứ cấp) bổ sung môi trường chất dinh dưỡng để duy trì khả năng sống và phân chia của tế bào trong thời gian dài.

Luyện tập 7. Vẽ sơ đồ tóm tắt quy trình thực hiện nuôi cấy mô và nuôi cấy cơ quan động vật.

Luyện tập 8. Nêu các ứng dụng của nuôi cấy mảnh mô và nuôi cấy cơ quan.

Hướng dẫn trả lời:

Ứng dụng nuôi cấy mảnh mô:

• Ứng dụng cấy ghép tế bào vào mô nuôi cấy
• Nghiên cứu điểm tăng trưởng của tế bào ung thư: So sánh hình thái và tốc độ tăng trưởng của tế bào ung thư so với tế bào thường.
• Nghiên cứu biển hiện gen.
• Nghiên cứu hiệu quả điều trị của thuốc ung thư và chất chỉ thị sinh học.

Ứng dụng nuôi cấy cơ quan:

• Ứng dụng nghiên cứu chức năng của tế bào
• Kiểm tra tác động của yếu tố bên ngoài
• Nghiên cứu về hình thái, biệt hoá và chức năng của cơ quan.

Bằng kỹ thuật tái tổ hợp DNA, người ta chuyển gene mã hoá insulin vào tế bào vi khuẩn, khi được nuôi cấy trong môi trường thích hợp, vi khuẩn E.coli sẽ sinh tổng hợp tạo ra loại peptide này → Giảm giá thành thuốc trị bệnh tiểu đường.