细胞分子生物学技术精选(九篇)

第1篇：细胞分子生物学技术范文

器官和组织的缺损或衰竭是临床遇到的极具危害性的医学难题，尽管目前人们通过器官或组织移植、外科再造和使用机械装置等治疗手段，解决了一些现实问题，但这些方法均存在不少缺陷。因此，人们一直在寻求一种新的治疗方法。随着多学科成果和技术不断交叉、融合和相互渗透，逐渐形成了一门新的交叉学科——医学组织工程学。作为一场意义深远的医学革命，在医学界它被誉为是继细胞生物学和分子生物学之后， 生命科学发展史上又一新的里程碑。

1 医学组织工程概述

组织工程学概念的提出始于20世纪80年代末，由于其重要的科学意义、巨大的临床应用前景、潜在的开发价值，受到了各国科学界的重视。医学组织工程学利用工程学和生命科学的原理来研究和发展具有生物活性的人工替代物，融合了细胞生物学、工程科学、材料科学和临床医学等相关知识。核心理念就是将体外培养的高浓度的正常细胞扩增后，吸附在生物材料上，形成具有三维空间结构的复合体，然后将复合体植入组织器官的病损部位，种植的细胞在生物材料被机体逐渐降解吸收过程中继续生长繁殖，形成新的具有相应形态和功能的组织和器官，从而达到修复创伤和重建功能的目的［1］。其最大优点是可形成具有生命力的活体组织，进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代，根据组织器官缺损情况进行塑形，达到完美的修复。

目前组织工程学的研究手段已经不再局限于初始阶段的细胞生物学和动物实验技术、分子生物学技术，而是广泛应用基因克隆技术、转基因技术、移植免疫学技术、生物材料合成与改良技术、生物材料的编织技术、生物力学技术、影像学技术和生物反应器等先进技术［2］，极大地提升了组织工程学的研究水平和其自身的发展速度。与传统的自体或异体组织、器官移植相比，克服了以创伤修复创伤的缺陷，将从根本上解决组织、器官缺损的修复和功能重建等问题。

2 种子细胞

种子细胞是医学组织工程的生命源泉，它要确保在体外培养时有很强的增殖能力，并能定向分化，同时要保持其原来的生理性状。大多数观点认为种子细胞进入新的微环境后，会对新的微环境中的调节信号做出反应，从而定向分化为目的细胞。同时具备这些特点的干细胞就成了种子细胞的首选。应用干细胞治疗疾病较传统方法还具有低毒性，一次药有效；不需要完全了解疾病发病的确切机理；避免产生免疫排斥反应等诸多优点。在临床治疗中，造血干细胞应用较早，在提高治疗有效率和缩短疗程方面优于常规治疗，且效果令人满意。

按分化潜能干细胞基本上可分为三种类型：一类是全能性干细胞，它具有形成完整个体的分化潜能。如胚胎干细胞（简称ES细胞），它可从早期胚胎的原始胚细胞及原始生殖细胞中分离培养获得，具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力，能分化出成体动物的所有组织和器官。由于在医学和生物学上具有巨大的潜力，而备受各国的高度重视，使其成为当前生物工程领域的核心问题之一，在这一领域，世界性的研究开发竞争正在迅速展开。ES细胞最诱人的前景是生产组织和细胞， 用于“细胞疗法”， 为细胞移植提供源源不尽的无免疫性的材料。任何涉及丧失正常细胞的疾病都可以通过移植细胞来治疗， 包括帕金森病、糖尿病、外伤性脊髓损伤、细胞变性病、心肌病和骨损伤等［3］。尽管ES细胞培养体系和来源问题研究已经取得了巨大进展， 但应用于临床还存在很多技术上的难题：其中最为重要的是其分化问题， 目前关于ES细胞自我更新机制及其向不同组织细胞分化的机制均尚不清楚， 因此如何防止其在体外培养时发生分化以及如何诱导得到纯化的分化细胞尚待研究；由于人胚胎干细胞来自具有发育成一个个体潜力的人胚胎，所以其研究不可避免地引发伦理道德问题的争议，并且在实际应用中还不能避免免疫排斥。

另一类是多能性干细胞，这种干细胞具有分化为多种细胞组织的潜能，一般认为其具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织。人们可望从自体中分离出成体干细胞，在体外定向诱导分化为靶组织细胞并保持增殖能力，将这些细胞回输入体内，从而达到长期治疗的目的。在特定条件下，成体干细胞或者产生新的干细胞，或者按一定的程序分化，形成新的功能细胞，从而使组织和器官保持生长和衰退的动态平衡。成体干细胞是普遍存在的，常位于特定的微环境中，问题关键在于如何寻找和分离各种组织特异性干细胞。成体干细胞具有多分化潜能，其中骨髓基质细胞和脂肪源干细胞已有大量研究及部分临床应用，在个体化治疗中已用于骨、软骨、心肌再生等领域；在群体化治疗中需要解决同种异体移植的免疫原性问题，采用基因敲除技术或RNA 清除技术去除抗原可能解决异基因细胞同种移植的免疫反应，但也有可能影响被敲除基因的其他功能［4］。最近，美国和日本相继公布了从人皮肤成纤维细胞转化为胚胎干细胞样细胞的研究成果，为解决这些问题带来了曙光，但要实现应用这一目标，还要进行更多、更深入的研究。

还有一类干细胞为单能干细胞，这类干细胞只能向一种类型或与之密切相关的两种类型的细胞分化。 其中以脂肪源、肌源、上皮源及神经源干细胞为代表，作为组织工程的种子细胞， 或以细胞治疗的方式进行了广泛研究， 并已有临床应用的报道。

3 支架材料

支架材料在医学组织工程研究中起中心作用，可为细胞提供黏附、增殖、分化并进而为组织的形成提供载体，还起到模板作用，引导组织再生和控制组织结构。作为理想的生物支架材料至少应具备以下特点: ①良好的生物相容性：植入机体内不会引起炎性反应和毒性反应损害新组织的功能，维持正常细胞功能发挥; ②良好的可塑性：根据目的组织器官加工成特定的三维结构;③具有缓释功能：支架的降解速率可根据不同细胞组织再生速度进行调整，而且能彻底被新生的自然组织所替代;④支架的表面化学特性和表面微结构适合细胞粘附。因此寻找一种既具有良好生物相容性和生物降解性又具有特定形状和连通三维多孔结构的支架材料是组织工程成败之关键因素。

近年来，人们不仅在组织工程的最早产品人工皮肤领域进行了更为完善的研究和开发， 同时，在诸如人工骨、软骨、神经、血管材料等各系统，都进行了大量的研究和探索。目前研究的组织工程支架材料各自有各自的优点但也有不可避免的缺陷。国外研究较多的是PGA、PLA、PL2GA 等。这些材料具有可标准化生产、可降解、细胞相容性好等优点，但是这类材料本身亦存在一些固有不足， 如生物相容性差及机械强度不稳定等。基于这些原因， 研究人员一方面探索对聚醋类材料进行表面修饰， 同时也在积极寻找其它类型的支架材料。通过对材料表面进行修饰， 改善细胞与支架材料的相互作用; 通过模拟细胞生长微环境， 制备仿生材料，提高材料的亲水性、对细胞的黏附性， 促进细胞的分化增殖。将合成材料与天然材料有机结合， 已成为未来组织工程材料发展的新趋势。

研制复合材料、仿生材料、改性天然材料、纳米材料， 是当前支架材料研究的主要方向。越来越多的学者设计出具有合适降解度、良好通透性、组织相容性好的软骨细胞体外培养支架材料。新材料的开发要求具有良好的各项生物学特性。通过将缓慢释放的生长因子或相关的基因整合到材料中， 形成具有生物活性的生物材料， 可以使种子细胞能在更接近于体内环境的生物材料上增殖、分泌基质、最终形成组织。

在组织工程材料的合成与制备中通过采用纳米技术对生物材料表面的改性或者直接采用纳米材料或复合材料，不仅能提高细胞对材料的黏附能力，也能提高材料的生物相容性，同时通过材料表面与细胞间相互的生物作用，能刺激并诱发所期望的细胞效应，有利于细胞的分化和增殖，纳米材料以其与传统材料无可比拟的生物学性能，已在组织工程和生物材料研究中显示出广阔的应用前景。纳米技术、组织工程技术和生物技术的发展与综合，将为培养支架的研究提供新的选择。

4 生物活性因子

人体内的生长因子是通过细胞信号传递影响细胞活力的一类多肽因子，通过自分泌、旁分泌及内分泌作用，促进或抑制细胞生长、繁殖、迁移、黏附和基因表达的作用。在医学组织工程研究中，也需要在损伤组织的修复与病损器官的再生与功能重建中供给生长因子以促进种子细胞的分化和增殖。目前实验中常用的生长因子有成纤维细胞生长因子（FGF) 、转化生长因子（TGF- β) 、胰岛素样生长因子（IGF) 、血小板衍化生长因子（PDGF) 、骨形态发生蛋白(BMP) 等等。它们不仅可单独作用， 相互之间也存在着密切关系，实验证明复合使用效果更好［5］。

在医学组织工程领域，生物活性因子对外源性生长因子或类生长因子作用的药物大多采用缓释技术，使其促再生作用持续一段时间。已有很多缓释材料在研究中，但目前尚未解决缓释体的有效释药浓度与组织器官再生所需药物浓度的相适应性。生物活性因子应用的另一个问题是多因子的协同作用及有序作用仍不清楚。

5 组织构建

医学组织工程的最终目的是构建组织器官修复体内缺损。构建组织工程化人体组织或器官， 涉及种子细胞在生物反应器中大规模培养、扩增技术，生物力学信号施加和化学信使生长因子或细胞因子的控制释放技术等多项关键技术。现在部分组织工程化组织已在临床应用中取得了初步的疗效， 充分体现了它在未来医学应用中的巨大潜力。最早经批准用于治疗和投入市场的移植物之一是组织工程皮肤植片。目前各国科学家们正在为多种组织， 包括骨骼、肝脏、动脉、神经、胰脏、皮肤、肾脏和膀胱， 构建组织工程结构［6］。但是体内环境是一个复杂的综合体， 除了各种生长因子、细胞间相互作用以及局部酸碱平衡等因素以外， 局部生物力学刺激也是一个重要因素。构建理想的组织还有很长的路要走。

就现在而言，医学组织工程领域所遭遇的最大的挑战之一是需要为复合组织和器官构建一个功能血管网。因为不论对于哪种组织和器官，血管形成都是关键性的；另外， 单一的器官中含有多种不同的细胞， 同时分离和扩增几种不同的细胞， 目前在技术上有一定的难度；其次， 在构建过程中维持严格的三维结构也是现有技术手段无法解决的难题。

6 展望前景

人体是一个具有复杂的形态结构、完善的功能的整体， 要完全模拟人体的组织和器官并非易事。虽然经过近20年的研究，医学组织工程已取得非凡的进展，应用组织工程的原理与方法， 已能构建多种组织并成功的修复相应的组织缺损，诸如皮肤、骨和软骨等组织和器官更是成绩斐然［7］。但是还有许多理论和技术问题有待进一步解决：在种子细胞的培养方面， 细胞的筛选和纯化是一个公认难题；在组织再生过程中发挥特异调节细胞增殖和分化作用的生长因子，可控性缓慢释放技术依然不完善；组织工程化组织在体外或体内形成过程中的演变规律如何？这些演变规律与正常组织发育、再生及创伤修复等过程有何异同，对这些问题目前仍然缺乏全面系统的了解。

医学组织工程的产业化无疑能够创造极大社会效益和经济效益，我国的组织工程研究从无到有逐步发展壮大起来，并取得了重要的研究成果。目前在研究开发上已经逐渐从临床前研究进人到临床试验阶段，如果我们能够创造出具有我国自主知识产权的组织工程产品， 率先应用于临床， 这样不仅可挽救众多病人的生命和肢体，促进相关学科的科技进步，更能造福于人类， 为形成新的知识经济产业打下基础。 参考文献

［1］ 王国正.组织工程研究［J］.中国医学科学院学报，2003，25(1):35.

［2］ Sedov VM，Andreev D，Smirnova TD，et al.The efficacy of cell therapy in the treatment of patients with tropic venous of lowes limbs［J］.Angiol Sosud Khir，2007，13(1):67-75.

［3］ 鄂征，刘流.医学组织工程技术与临床应用［M］.北京：北京出版社，2003：16.

［4］ Chen XL， Li ZL， Zhang WB，et al. Experimental study of maxillary sinus lifting with tissue engineered bone［J］.Zhonghua Kou Qiang Yi Xue Za Zhi，2007，42（10）：610-613.

［5］ Hwang WS， Ryu YJ， Park JH， et al. Evidence of a pluripotent human embryonic stem cell line derived from a cloned blastocyst ［J］. Science，2004， 303(3): 1669-1674.

第2篇：细胞分子生物学技术范文

近十年来，包含纳米材料和纳米技术研究在内的纳米科技在生物学及医学领域应用成为目前研究重点之一，涉及细胞和生物分子分离纯化、药物和基因传输、肿瘤治疗、DNA 结构研究、磁共振成像(MRI) 增强、生物荧光标记、病原体和蛋白质等生物分子的检测、组织工程学等。在肿瘤内科诊疗领域则广泛用于药物传输体系和基因治疗研究，和作为探针用在生物检测开发方面。

1 纳米颗粒对细胞膜作用

为认识纳米颗粒的生物效应，了解纳米颗粒对细胞膜作用具有非常重要的意义。纳米颗粒尺寸比生物体细胞、红血球小得多，甚至小于细菌十至数十倍，与病毒尺寸接近，许多化学和生物反应过程均可在此层面上发生进行。纳米颗粒作用细胞膜主要表现为颗粒的膜上吸附、跨膜转运及其在作用过程中对细胞膜及膜上生物分子的影响。胞膜满布多种生物分子，纳米颗粒可影响成膜脂质分子及膜上其他生物大分子（蛋白等）结构和性质，导致膜生物分子结构变化，如纳米颗粒吸附致脂质分子重组，颗粒表面拓扑结构刺激膜上肌动蛋白伸展等。颗粒作用所导致的生物分子的变化可能是不可逆的，也可能是可逆变化，最终可致胞膜整体变化，包括结构和性质两方面：

1.1 膜结构的变化：纳米颗粒吸附致胞膜本身都将经历膜脂质分子重构和强烈的曲率变化过程。纳米颗粒吸附致膜厚度、有序度、单脂分子面积变化，甚至在膜上形成孔洞，最终可能会影响细胞活性。吸附还可造成胞膜弯曲，与细胞诸多活动密切相关。

1.2 膜性质的变化：带电纳米颗粒吸附导致胞膜上不同磷脂分子的分相，进而对细胞信号转导产生影响。纳米颗粒的作用还可能影响磷脂膜的其他一些性质，如表面张力、跨膜势、扩散系数等。分析细胞膜性质变化，有助于理解纳米颗粒胞膜作用机理。

2 纳米技术与肿瘤诊断、疗效监测

利用纳米技术，建立健全低丰度生物样本富集及微弱信号检测方法。

2.1 生物分子检测：检测DNA 和蛋白质对于肿瘤分子分型诊断以及疗效检测评价均极为重要。目前利用聚合酶链式反应(PCR)扩增荧光染色标记检测DNA 分子的分析方法存在某些本质缺陷，PCR 扩增过程常常会导致DNA 表达的失真。免疫染色检测蛋白质的传统则明显存在灵敏度不高和重复性差的特点。具更高灵敏度生物分子检测手段对于肿瘤内科临床的治疗方案制定与评价至关重要。生物检测关键是通过抗体、DNA等识别分子实现对靶标分子的捕获。这一过程中生物分子识别的效率是实现高灵敏生物检测的基础。纳米颗粒由于其较小的尺寸、较高的反应活性、优异的物理性质以及这些性质的可调控性，使其在制备用于蛋白质、核酸分子检测的生物亲和性传感器方面受到广泛关注，可以利用其建立新的检测方法以改善目前的检测方法所存在的缺陷，因而具有良好的应用前景。

2.2 细胞及生物分子的分离纯化：细胞及生物分子如蛋白质等的分离技术正在快步走向肿瘤内科临床。科学家利用纳米磁性颗粒成功分离出人体骨髓中癌细胞，利用原子力显微镜在纳米水平揭示肿瘤细胞形态特点。

目前细胞分离技术研究可明显提高稀有细胞(如抗原特异性B 细胞和T 细胞及稀有性外周血循环肿瘤细胞) 的分离纯度和分离效率的有效方法。大多数靶细胞存在浓度极低，这些细胞高纯度分离仍困难。目前方法仍然存在选择性较差且不易大规模进行的诸多不足。不过，新出现的基于纳米技术的磁性分离方法已成为生物学和临床医学上一种重要的细胞和蛋白质选择性分离技术，可大批量分离获得高纯度靶细胞，并且已经应用于临床。

3 纳米技术与药物治疗

以纳米粒作为载体的药物克服了传统药物的许多缺陷和无法解决的问题。纳米粒作为新型载体，具有很多优势，如无免疫原性、细胞毒性，有较高的基因转移效率，可获得靶基因的长期稳定表达，因此在抗肿瘤药、输送抗原或疫苗方面有着广泛应用前景。

3.1 靶向药物输送体系：药物输送体系的尺度大小有效输送相关药物至细胞内部的关键，血管自身孔径仅允许直径小于50nm 药物自由进出，而直径小于100nm 药物可穿透细胞膜进入其内部发挥疗效。仅有人工合成纳米输送系统能够较好的满足这一要求。药物溶解性是影响药物疗效的另一个重要因素，由于纳米颗粒较小的尺寸，使得纳米颗粒能够较为有效地进入细胞内部。纳米颗粒较大的比表面积使其能够有效结合、吸附及输送其它化合物如小分子药物、多肽、蛋白质及核酸分子，而且其较大的比表面积赋予纳米颗粒所负载的药物分子良好的药物动力学特性及其在靶向组织器官中优异的生物分散性，进而可以有效的提高药物疗效。纳米颗粒具有优先聚集于靶向位点的特性，这一特性使其所负载的药物在健康的组织器官部位的浓度较低，从而可以最大程度地降低纳米颗粒及药物本身的毒副作用。而且，纳米颗粒可以有效提高疏水药物在含水介质中的溶解性，使疏水药物能够适合于进行非肠道给药治疗。纳米颗粒还可以有效提高多种药物如疏水药物分子、多肽及寡聚核苷酸的稳定性。此外，生物可降解的纳米输送体系可以大幅度提高药物的生物相容性，并可在最大程度上降低药物本身的超敏反应。

第3篇：细胞分子生物学技术范文

【关键词】 机关 门诊部 知识服务

近年来，基因组学、蛋白质组学等分子生物学技术的不断创新和生物信息学的广泛应用，为生命科学研究向深度和广度发展，人类对于疾病认识在细胞和分子水平的不断深入，诊断已经不只停留在症状的望闻问切和器官组织病理的检查，基于细胞和分子水平(蛋白、核酸、多肽、其他标志物)的诊断技术持续升级，从抗原抗体反应到DNA、RNA的复制、转录与翻译，从肉眼显色到荧光显微观察，从单样本检测到生物芯片的批量处理，使得人类对于疾病的认识越来越深刻。个性化医疗服务正在加速发展，新兴市场在不断开发。机关门诊部人员需认清医疗改革大局，更新和拓宽新知识，提升服务质量。本文就生物诊断及其未来的发展趋势进行探讨。

1 生物诊断

1.1 生物诊断的定义与内涵 是指为了明确诊断疾病或检测相关信息，在体外使用生物试剂、诊断对照物、试剂盒、相关装置以及系统生物诊断产品的技术。其内涵包括分子诊断技术、细胞诊断技术。

1.2 生物诊断的发展 是从20世纪50年代的化学实验阶段，发展到20世纪的基因芯片诊断阶段，从检测病原体、疾病蛋白发展到检测相关疾病基因，检验的准确性、灵敏度越来越高，并且开发了适用于医院、防疫站、血库、体检、海关检验、法医学等各种场合，方便易用快捷的生物诊断产品。

1.3 生物诊断产品 生物诊断(体外诊断)产品可分为临床化学、血液学、微生物学、免疫学及其他等领域。由于血糖、血脂以及其他指标的监测及普查的需求，临床化学诊断试剂在生物诊断市场占首要地位，占37%。其次是免疫学检验试剂，由于其可检测范围广，包括免疫疾病、血液疾病、肿瘤及心脏病标志物、激素、传染疾病、血清蛋白、血药浓度(治疗性药物监测)、禁用药物、甲状腺素等，费用低，因而也占据了市场的重要位置，达26%，并且其增长率居所有检验类别首位，达8.8%，高于传统的医学生化检验。

1.4 生物诊断用途 主要应用于医院、血库及检验中心、非处方药(OTC)等。目前，医院及检验中心是最主要的消费场所，约占市场的70%～80%。由于小型诊断仪器以及OTC的普及，在生物诊断产品产业发展较成熟地区，例如美国和欧洲，医用检验试剂份额在逐渐下降。随着技术的发展和健康知识的普及，虽然目前OTC用检验试剂的市场份额不足10%，但将有较高的市场增长率。

1.5 分子诊断技术 分子诊断包括9类技术：扩增技术(基因和信号)、印迹技术、电泳技术、基因芯片技术、探针技术、限制性内切酶技术、限制性内切酶多态性(RELP)分析、RNA干扰(RNAi)分析、单核苷酸多态性(SNP)分析和软件。此外，还有核酸序列分析等，都为疾病诊断提供了更多的辅助信息。以核酸为基础的探针产品，基本都用于检测传染性疾病，如沙眼衣原体、淋球菌和结核分支杆菌;其余为电泳和印迹技术产品，主要是用于亲子和法医学检查鉴定。

1.6 细胞诊断技术 细胞诊断是基于细胞的诊断技术，主要应用于肿瘤、血液学、组织病理学与细胞学、微生物学与病毒学、血液产品的安全、组织移植等多领域的临床检测诊断。细胞诊断在医学检验、活检研究领域的应用已经长达60年，经典的如血液细胞计数和细胞成分和分析。20世纪90年代，该领域技术发生了根本性的变化。

现阶段的细胞诊断高度多样化，基于多个学科(血液学、组织学、细胞学、微生物学和组织移植医学与技术)，包括血细胞计数、流式细胞仪、显微镜及分子诊断等。通过细胞诊断与分子诊断的融合，实现基因检测、细胞分析与疾病诊断、疾病治疗管理的交融。

2 生物诊断领域的发展趋势

全球生物诊断技术处于快速发展时期，其趋势是：定性向定量转化;单项检测向多项组合同步检测演变;手工操作转向半自动及全自动化操作;要求检测试剂特异、快速、准确;诊断试剂向配套、备用试剂和配套服务方向发展。配套的效益，源于改进服务方便用户。现在国外市场上，几乎都已有成套试纸条、配套溶液、预填充色谱柱、预涂薄板、各种参比标准以及专用工具和使用方便的小仪器。诊断试剂的研究集中在分子生物学方法及基因芯片的研发上。全球诊断试剂市场2008年度可以达到391亿美元。主要市场集中于美、欧、日等发达国家和地区，市场占有率高达85%。

经过多年的演变，一系列技术发展促进了分子诊断的完善。随着人类对自身基因结构更深入的了解，将研究出更多的诊断方法和试剂。基因芯片技术的发展，给早期癌症、基因型缺陷病的诊断带来了便利。

3 启示

全球经济的蓬勃发展使得人类对于疾病预防和快速诊断的要求越来越高，医学生物技术发展为新的诊断试剂提供了动力，生命科学研究的许多成果都未被及时应用到临床。高通量技术的发展和新型仪器设备的使用，使检测可以更加方便、快速、准确。在这种背景下，应借助一系列生命科学研究的新知识，以提高机关门诊疾病诊断、治疗和预防的能力。

第4篇：细胞分子生物学技术范文

关键词：电子显微镜技术；农学专业；教学；应用

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）05-0069-03

电子显微镜包括透射电子显微镜和扫描电子显微镜，它是一种研究物体超微结构精密分析仪器，主要用于研究样品的内部结构和表面形态特征的变化，在动物、植物、生物、医药、物理、化工材料等自然科学领域的科学研究中发挥着重要作用[1，2]。近年来，随着电镜技术的不断发展与其他技术学科的紧密结合，在动物医学、动物科学、农学、园林、食品与药品、草业、水利、机械交通等农学门类自然学科专业领域的应用更加广泛。因此，在农业高等院校本科和研究生教学中开设《电子显微镜技术》课程，可以为各专业学科的教学提供技术支持。新疆农业大学将《电子显微镜工作原理与应用》课程设定为全校本科生和研究生的公共选修课，有效地提升了各学科整体教学质量和科研能力。

一、《电子显微镜工作原理与应用》课程的教学内容与要求

1.《电子显微镜工作原理与应用》课程的教学内容。《电子显微镜工作原理与应用》课程理论教学内容包括：电子显微镜的概述、组织超微形态结构和功能、透射电镜的结构和工作原理、透射电镜的操作和使用、透射电镜的样品制备、扫描电镜的结构和工作原理、扫描电镜的操作和使用、扫描电镜样品制备技术、电镜样品制备实例，共九个部分。本科生理论课教学10学时，研究生理论课教学20学时。

《电子显微镜工作原理与应用》课程实验教学内容包括：电子显微镜的结构和使用操作、生物样品透射电镜制备方法、材料样品透射电镜制备方法、生物样品扫描电镜制备方法、材料样品透射电镜制备方法，共五个部分。本科生实验教学20学时，研究生理论课教学30学时。

2.《电子显微镜工作原理与应用》课程的教学要求。（1）《电子显微镜工作原理与应用》课程本科生教学要求。本科生教学中主要要求学生了解电子显微镜的结构和操作原理，动植物组织细胞超微结构、功能和细胞表面形貌特征，理化材料的晶体结构和形貌特点，常规生物样品和理化材料的制备技术方法。在实验教学中要求学生了解仪器的操作方法、生物样品的制备过程，掌握常规生物样品和理化材料的制备技术方法，使学生能够掌握电子显微镜技术在动植物组织细胞超微结构和理化材料研究中的应用。（2）《电子显微镜工作原理与应用》课程研究生教学要求。研究生教学中不仅要求学生要掌握电子显微镜的结构和操作原理，动植物组织细胞超微结构、功能和细胞表面形貌特征，理化材料的晶体结构和形貌特点，常规生物样品和理化材料的制备技术方法，而且还要求学生掌握电子显微镜的细胞化学定位技术、扫描电镜临界点干燥技术等特殊检测技术。

在实验教学中要使学生掌握仪器的操作方法，如超薄切片技术、半薄切片技术、负染技术、细胞化学定位技术、扫描电镜临界点干燥技术、离子溅射技术、细胞冰冻蚀刻技术等样品制备方法，使学生能够学会运用电子显微镜技术对动植物组织细胞超微结构和功能的研究方法和技术手段。

二、电子显微镜技术在农学门类高等院校教学中的应用

1.电子显微镜技术在农学专业实验教学中的应用。透射电子显微镜可以观察植物细胞的细胞壁、生物膜、叶绿体、线粒体、内质网、高尔基体、溶酶体、微体、中心体、细胞骨架和细胞质内含物（如糖原、脂类、蛋白质），以及核膜、染色质、核仁的超微结构形态，通过对超微结构的学习和了解植物的生理代谢过程、病理变化机制，以及在外界因素的影响而导致形态结构和功能的改变[3，4]。为植物学、植物生理学、植物病学、植物生物学等学科学习奠定了理论基础，也为植物超微形态学的研究提供了技术手段。

2.电子显微镜技术在动物医学专业实验教学中的应用。在动物微生物学教学中，因病原微生物粒径微小，光学显微镜难以识别其特有结构，而通过TEM可以清晰地观察到细菌的特殊结构，如菌体鞭毛、菌毛、芽孢、荚膜等结构；病毒的囊膜、衣壳；霉病菌菌丝和孢子形态。通过电子显微镜的学习可以有助于学生对病原学的识别与理解，电子显微镜是病原学教学的有效工具[5]。

在动物病理学教学中，动物机体在致病因素作用下会导致细胞发生形态和功能上的改变，通过TME可以观察到病变区细胞的细胞器的损伤，对研究疾病的发生机制和致病机理和临床诊断提供有力的依据。例如，在肾活检、肿瘤诊治中电镜技术发挥了重要作用。电镜技术与免疫学技术相结合产生了免疫电镜技术，在超微结构和分子水平上研究各组织细胞的形态和功能，它可以对细胞表面及细胞内部的抗原进行定位，可以了解抗体合成过程中免疫球蛋白的分布情况、抗原—抗体复合物的结构细节以及免疫损伤引起细胞的病理变化[6]。

3.电子显微镜技术在动物科学专业实验教学中的应用。动物科学教学主要针对动物营养与饲养、饲料资源开发、饲料配方与饲料工艺设计，以及饲料与饲养企业管理等学科的研究，旨在满足人们日益增长的动物副食品饮食的需求。在动物科学的教学中将学习各种动物的养殖（包括养牛、养羊、养鹅、观赏动物饲养等），动物营养、遗传、繁殖、兽医学、牧草学、生态学、农业机械、农区规划、肉制品加工学等。在学习动物营养、遗传因素以及环境因素对动物生长发育的影响，可以通过电子显微镜观察动物组织细胞超微结构变化，来探讨和研究动物生长发育的特点，因此电子显微镜技术是动物科学教学和研究的重要技术手段。例如：应用扫描电镜检测鹿类毛的微观形态结构时可以明显观察到鹿毛的鳞片形态在科间、属间和种间存在的差异，同种不同个体毛的鳞片形态有差异，同一个体同一根毛样的不同部位也有差异[7]。

4.电子显微镜技术在食品与药品学专业实验教学中的应用。食品与药品学专业是以生命科学、食品科学和药品科学为基础，研究食品的营养、药品的安全与健康的关系，食品营养与安全保障、药品的安全与人类健康，通过对食品生产、加工的管理和控制，保证食品的营养品质和卫生质量，促进人体的健康。例如：荔枝的果实在采收后3～4天即开始变褐、变质、霉烂极不耐贮，通过用扫描电镜技术观察果皮结构，果皮的鲜红色是栅状组织细胞含大量花色甙所致，此花色甙流失，果皮即呈褐色。荔枝的外果皮仅有一层细胞外壁薄，角质层也薄，防止水分散失的能力差，果内的水分可部分地通过角质层散失到果外[8]。再如，运用扫描电镜对多种常见可食用淀粉颗粒的超微形貌进行观察，将考察的所有种类淀粉颗粒分为：块茎形、棒形、球形、扁平形、复粒结构、棱角圆滑和棱角尖锐多面体形及肾形等类别，通过扫描电子显微镜对淀粉颗粒超微形貌特征上加强国内淀粉产品的质量监管提供可靠参考[9]。

5.电子显微镜技术在园林专业实验教学中的应用。林学与园艺学专业是农业的重要组成部分，学习和掌握果树、蔬菜、花卉及观赏树木的栽培与繁育技术。园艺学科属于应用基础和应用型研究学科，是以农业生物学为主要理论基础，研究园艺作物生长发育和遗传规律的一门学科，也是研究园艺作物起源与分类、种质资源、遗传育种、栽培、病虫害防治及采后处理、贮藏加工等应用技术与原理的综合性学科。例如，观察五倍子乙醇提取物对表皮葡萄球菌的体外抗菌活性及其在电镜下菌细胞形态超微结构的变化时，采用新的中药抑菌实验方法对五倍子乙醇提取物进行表皮葡萄球菌的最低抑菌浓度测定，用电镜观察用药后细菌细胞的形态改变。在电镜下观察经五倍子处理的表皮葡萄球菌细胞的超微结构，扫描电镜显示菌细胞形态大小不等，排列不整齐，大多数菌细胞的细胞壁破裂。在透射电镜下，菌细胞细胞壁结构、层次不请，胞浆膜层次不分明，细胞质内含物大多消失，细胞浆内包含体和染色体模糊不清[10]。再如，用扫描电镜对黑龙江产十种不同科属、不同生境的蕨类植物的孢子囊和叶表皮进行了详细观察，结果表明蕨类植物的孢子囊和叶表皮在扫描电镜下，显示出更为丰富的形态特征，并表现出细致而稳定的异同点，可作为蕨类系统分类的现代手段，能更好地应用于疑难科属的分类研究[11]。

6.电子显微镜技术在农业工程学专业实验教学中的应用。工程学是研究自然科学应用在各行业中的应用方式、方法的一门学科，同时也研究工程进行的一般规律，并进行改良研究。在农学专业中工程学专业主要包括水利科学专业、机械与交通专业、化学专业等学科。在工程学专业中建筑材料的质量与性质，对于工程建设至关重要。例如：对纳米材料特性的研究一般与粒径的大小分布及形状等微观结构有着重要的关系，扫描电子显微镜（SEM）和透射电镜（TEM）等，可以在极高的放大倍数下直接观察纳米颗粒的形貌和结构，特别是测量纳米颗粒的大小，既直观又非常方便，所以电子显微分析是研究纳米材料的一种重要手段，而其中透射电镜则是最常用的检测设备之一。透射电镜是基于传统电子束技术上发展起来的，它分辨率高、放大倍数高，分辨本领已达到了0.1～012nm，所得到的纳米图像直观清晰，可以揭示物质内部的微细结构，广泛应用于材料科学与生命科学领域，是研究纳米材料的常用重要分析仪器之一[12]。

三、展望

在农业技术快速发展的进程中，对农业人才专业素质的培养有了更高的要求。因而在教学过程中，就要使学生能够更扎实地掌握其专业基础知识和科学研究能力，在未来的农业科学的研究中，对样本显微和超微结构的研究也就越发深入，因而电子显微镜技术在农学专业的应用也越加广泛。因此，将电子显微镜技术应用于农业高等院校的科研和教学，使学生对动植物以及材料科学超微结构的认识有更加清晰地了解，为农业专业的人才培养和农业现代化发展提供技术保障，也可以为农业的发展提供重要的技术手段。

参考文献：

[1]汪克建，孙善全.提高研究生电镜实验教学质量的几点体会[J].山西医科大学学报，2010，12（3）：296-298.

[2]陶忠芬，江海东.浅谈电镜技术实验教学的体会[J].局解手术学杂志，2009，5（18）：338.

[3]项晓人，袁莉民，杭向前.透射电镜超微低倍观察植物材料的制样方法[J].江苏农学院学报，1993，14（2）：79-80.

[4]吴立新，陈方玉.现代扫描电镜的发展及其在材料科学中的应用[J].武钢技术，2005，6（43）：36-40.

[5]汤雪明，戴书文.生物样品的环境扫描电镜观察[J].电子显微镜学报，2001，3（20）：217-223.

[6]李连宏，孙雷，唐建武.电镜在病理诊断与医学研究中的应用[J].大连医科大学学报，1998，4（20）：8-10.

[7]孙中武，高海钰，毕冰.鹿类动物毛的扫描电镜分析[J].东北林业大学，2003，4（31）：29-32.

[8]潘洵操，谢宝贵.荔枝果皮的扫描电镜观察[J].园艺学报，1996，3（23）：227-230.

[9]王绍清，王琳琳，范文浩.扫描电镜法分析常见可食用淀粉颗粒的超微形貌[J].食品科学，2011，（32）：74-79.

[10]李仲兴，王秀华，时东彦.五倍子提取物对表皮葡萄球菌的抗菌作用及其扫描和透射电镜观察[J].中国中医药信息杂志，2004，10（11）：867-869.

[11]邢怡，党安志，刘保东.黑龙江产十种蕨类植物孢子囊和叶表皮的扫描电镜观察[J].植物研究，2004，4（24）：413-419.

[12]刘仁林，虞功清.植物透射电镜样品制备技术的改进[J].江西林业科技，2008，（1）：41-43.

第5篇：细胞分子生物学技术范文

【关键词】 治疗性克隆；细胞核;移植；胚胎干细胞

1治疗性克隆概述

治疗性克隆（therapeutic cloning）是体细胞核移植技术和最新的人胚胎干细胞技术结合的产物，将成为人类医疗历史上革命性的技术. 该技术首先应用患者体细胞，如皮肤细胞、骨髓间充质干细胞，作为核供体，移植入去核的人卵母细胞，获得克隆胚胎；然后从克隆胚胎分离建立胚胎干细胞系；并将这些胚胎干细胞在一定条件下，诱导分化成所需要的各种类型的细胞用于治疗目的［1，2］. 目前已报道，将产生多巴胺的神经元细胞用于治疗帕金森症［3］，将产生胰岛素的胰岛细胞治疗糖尿病患者［4］. 从理论上来说由于使用的是患者自身的细胞生产出来的治疗用细胞，移植这些细胞到患者体内将不会产生免疫排斥反应. 另一方面，每年都有数以百万计的患者需要细胞、组织的修复或者器官移植，由于胚胎干细胞可以无限传代，在数量上可以保证治疗的需要，从而解决可供移植的细胞、组织和器官来源严重不足的瓶颈问题［5］，为人类健康和长寿提供了新的希望.

近年来，利用核移植技术和胚胎干细胞技术相继建立了人核移植胚胎干（nuclear transfer embryonic stem cell，ntES）细胞系和人兔异种间ntES细胞. 这2项阶段性研究成果的取得，标志着治疗性克隆研究的巨大进步. 韩国科学家Hwang等［6］通过核移植技术获得了人人ntES细胞. 他们以健康女性志愿者的体细胞为核供体，以其自身卵母细胞为受体. 在30枚核移植囊胚中，得到20个内细胞团（ICMs），建成1株人 ntES细胞系，可传代培养70 代以上. 上海第二医科大学盛惠珍研究小组［7］在国际上首次构建了人兔核移植重构胚. 分别将5，42，52和60岁4个年龄组的人皮肤成纤维细胞核移入去核兔卵母细胞内，获得ntES细胞，通过原位杂交、免疫组化、核型和同源基因分析等证实 ntES细胞具有人源性，并且保持干细胞的未分化特性，能形成类胚体，在一定诱导条件下可以分化为神经、肌肉等3个胚层的细胞群. 200506，汉城国立大学的研究者［8］以患者的皮肤细胞为供体，以志愿者捐赠的卵母细胞为受体，利用体细胞核移植技术成功建立11株人核移植胚胎干细胞，这些细胞具有多能性，染色体正常，与供核患者的DNA一致、组织相容性抗原一致.

2治疗性克隆的应用前景

ES细胞在生物医学的各个领域均有广阔的应用前景，ntES细胞也有着同样广阔的前景，为临床治疗学、细胞生物学、生物发育学、比较动物学等研究提供研究材料和方法.

2.1临床疾病的治疗ntES细胞与普通的细胞移植治疗相比，具有革命性的进步. 它以患者的体细胞为核供体，通过核移植技术获得的ntES细胞，与患者的遗传物质相同，可以消除受体对供体的免疫排斥反应，为目前多种退形性疾病，如心脏病、脊髓损伤、帕金森病、1型糖尿病等的治疗带来了新的希望. 特别是一些目前还没有找出致病基因的遗传病，如脊髓侧索硬化症，ntES细胞移植是最有希望的治疗方法. 目前已经应用ntES细胞在体内外分化成多种细胞，包括神经细胞和生殖细胞［9，10］. 尤其Barberi等［9］建立了一套方法，能使 ntES细胞向中枢神经系统细胞特定分化，能产生高效率的神经胶质细胞、寡突细胞、神经元细胞，包括多巴胺能神经元、γ氨基丁酸能神经元等，将分化的多巴胺能神经元移植到 Parkinson病模型后，能改善其症状. 细胞治疗的途径有两种：其一，ntES细胞定向分化后移植. 细胞扩增后，体外定向分化，对分化细胞进行纯化，将获得的目的细胞移植到病变部位，替代丧失功能的部分细胞；其二，ntES细胞原位移植. 与定向分化后相比，ntES细胞原位移植有以下缺点：①没有经过纯化，可能将污染的异源饲养层细胞带进移植部位；②ntES细胞没有转入经选择基因，无法控制植入细胞的命运，可能发生癌变；③ntES细胞分化成分复杂，目的细胞分化成分少，可能出现大量非必须细胞的分化.

2.2细胞生物学通过研究ntES细胞的体外分化特性，可以识别某些靶基因，对人类新基因的发现，功能基因的研究，以及基因治疗的研究均有重要意义. 通过探讨ntES细胞体外增殖和分化的机制，了解各种生长和分化因子的作用，为组织再生和修复的研究提供了新的工具；通过诱导ntES细胞癌变，可分析肿瘤细胞发生的分子机制. ntES细胞作为一种得天独厚的研究材料，对于阐明细胞增殖、分化、凋亡、迁徙、恶变等机制有着重要意义. 自发现ES细胞以来，人们已经利用ES细胞建立了多种细胞类型的体外分化系统，体外分化的多种细胞类型都曾被成功的植入胎鼠或成体鼠，在受体鼠体内形成有功能的细胞群.

2.3发育生物学由于哺乳动物在母体内受胚胎发育的个体大小和内环境条件的限制，很难系统地研究其早期的发育进展、细胞分化及调控机制等. 比较动物卵母细胞质对同种或异种细胞核发育的影响，在细胞和分子水平上为研究哺乳动物胚胎早期发育的调控机制提供了良好的材料和方法，也为研究胚胎发育的影响因素提供了便利条件. 建立在ES细胞和基因打靶技术基础上的复杂的转基因系，使人们可以建立有效的分析系统，从而在分子水平上研究不同的生物学问题. 它不仅可以将一些在发育过程中对动物体非必需或可被替代的特定基因进行敲除(gene knockout)，在体内进行功能缺失研究，而且还可以研究基因在不同发育时期中的作用. ntES细胞作为一种体外细胞系，提供了一个研究处理整体细胞群的实验体系. 因此，就有可能人为地产生一些基因突变，如对胚胎致死性基因的研究等，也可利用这些突变的基因来克隆产生转基因小鼠，从而建立基因突变的模型.

3治疗性克隆面临的问题

3.1亟待解决的问题①体细胞克隆效率与ntES细胞建系效率普遍较低：核移植胚发育至囊胚的几率为19%～25％，与牛、猪的核移植囊胚发育率相当分别约为25％和26％；从克隆囊胚获得ntES细胞的效率仅有4%~16％，平均8.2%［11］. ②卵母细胞来源问题：ntES细胞用于人治疗性克隆，卵母细胞的需求量是非常大的，目前尽管已有许多措施来改进核移植技术，但仍没有明显提高. 要得到一个ntES细胞系平均需要12 个囊胚，而所需要的卵母细胞数就更多了，一个ntES细胞系平均需要666个. 如果ntES细胞系用于人类疾病的治疗，这样的代价是非常大的，即使目前报道的最高效率的建系，也是30个卵母细胞，才能得到一个ntES细胞系. 另外一种替代策略就是利用非灵长类异种哺乳动物的卵母细胞，例如兔、山羊等. ③伦理问题：胚胎生物技术涉及使用早期未着床的胚胎，特别是治疗性克隆技术还将无法避免的使用通过体细胞克隆获得的人的早期克隆胚胎. 世界各国尤其是西方国家对此争论很大［12，13］. 迫于社会公众与宗教的压力，大多数西方国家对治疗性克隆技术应用于人类，持反对态度，不允许国家科研经费支持治疗性克隆的研究. ④临床应用问题：如ES细胞系可能在培养过程中出现染色体非整倍性问题，ES细胞定向分化能力及分化细胞的稳定性问题；其次，异种核移植产生的人动物重构胚还存在安全性问题：异种重构胚在发育早期含有2种线粒体，以后供核体的线粒体取代了受体的线粒体，但受体卵浆中所带的异种蛋白，包括细胞器及mRNA，它们的命运如何，是否也像线粒体一样完全被供核体所取代，还有待进一步证明. 再次，在核移植的过程中，可能存在跨种间病毒传染，例如，人兔核移植胚胎干细胞，有可能将某些目前未知的兔疾病传染给人类，就像艾滋病病毒可能是从非洲猩猩而来那样.

转贴于

3.2建立我国知识产权的治疗性克隆技术随着干细胞技术和体细胞核移植技术的研究进展，我国学者在治疗性克隆的技术方面也处于世界前列. 当前，在我国研究和发展治疗性克隆技术，建立我国知识产权的治疗性克隆的细胞产品，创建细胞治疗产业，是一个很好的机遇. 我国在治疗性克隆研究领域的优势：①目前，我国在哺乳动物克隆技术的研究方面处于国际先进水平，相继成功克隆出了牛、羊等动物. 1991年，西北农林科技大学生物工程研究所在世界上首次获得山羊胚胎细胞核移植成功，共得到5只羔羊. 1998年，该研究小组用来自成年雌性山羊的皮肤成纤维细胞作供体，采用细胞质内直接注射的方法将供体细胞核直接注入去核卵母细胞内，胚胎激活后移植到受体母羊子宫角，获得了2只体细胞核移植后代，这是世界上首批成年体细胞克隆山羊，并获得了克隆山羊的第4代后裔，目前仍生长健康. ②宽松的人文环境. 中国公众有着不同于西方的伦理观念，对于动物权利和早期胚胎的担心没有西方国家严重，也基本没有因为宗教信仰而反对胚胎生物技术的问题. ③法律和法规的基本保证. 为保证和促进人胚胎干细胞研究的健康发展，国家科技部和卫生部联合下发了《人胚胎干细胞研究的伦理指导原则》，使治疗性克隆的研究合法化. 但我国明令禁止克隆人和买卖人类胚胎.

然而，中国的优势不能在治疗性克隆的研究领域走在国际前列，主要原因是经费不足和相关学者缺乏协同研究. 应用克隆技术结合胚胎干细胞体外诱导分化和细胞治疗方法的关键是技术问题. 我们希望临床学者与基础细胞生物学家联手合作，借鉴国外的思路，应用自愿者的卵母细胞，建立中国人的ntES培养技术，为治疗性克隆的临床应用奠定基础. 我们坚信，中国有可能在这个领域走在世界前沿.

【参考文献】

［1］ 贾战生. 肝病细胞治疗［M］. 北京： 人民卫生出版社， 2005：392-412.

［2］ Hwang WS， Lee BC， Lee CK， et al. Human embryonic stem cells and therapeutic cloning［J］. J Vet Sci，2005；6(2)：87-96.

［3］ Bjorklund A， Dunnett SB， Brundin P， et al. Neural transplantation for the treatment of Parkinsons disease［J］. Lancet Neurol，2003；2(7):437-445.

［4］ Segev H， Fishman B， Ziskind A，et al. Differentiation of human embryonic stem cells into insulinproducing clusters［J］. Stem Cells，2004；22(3)：265-274.

［5］ Atala A. Tissue engineering， stem cells and cloning: Current concepts and changing trends［J］. Expert Opin Biol Ther，2005；5(7)：879-892.

［6］ Hwang WS，Ryu YJ，Park JH，et al. Evidence of a pluripotent human embryonic stem cell line derived from a cloned blastocyst［J］. Science，2004；303（5664）：1669-1674.

［7］ Chen Y，He ZX，Liu A，et al. Embryonic stem cells generated by nuclear transfer of human somatic nuclei into rabbit oocytes［J］. Cell Res，2003；13（4）：251-263.

［8］ Hwang WS， Roh SI， Lee BC， et al. Patientspecific embryonic stem cells derived from human SCNT blastocysts［J］. Science，2005；308(5729):1777-1783.

［9］ Barberi T，Klivenyi P，Calingasan NY，et al. Neural subtype specification of fertilization and nuclear transfer embryonic stem cells and application in Parkinsonian mice［J］. Nat Biotechnol，2003；21（10）：1200-1207.

［10］ Wakayama T. Cloned mice and embryonic stem cell lines generated from adult somatic cells by nuclear transfer［J］. Oncol Res，2003；13（610）：309-314.

［11］ Mombaerts P. Therapeutic cloning in the mouse［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2003；100（Suppl 1）：11924-11925.

第6篇：细胞分子生物学技术范文

插上科学的翅膀

2000年，袁凯从湖南省长沙市望城一中考入新中国科技的摇篮――中国科学技术大学，在生命科学学院开始了自己的科研人生。中国科大勤勉务实、宁静致远的校风从此烙进了他的血液。本科阶段扎实的理论学习的同时，在青岛海边以及数次进入大别山天堂寨的动植物学实地考察，在他年轻的心里播下了好奇的种子。2004年，袁凯被保送进入中国科学技术大学分子与细胞生物学系攻读博士学位，加入了他的科研启蒙恩师姚雪彪教授主持的细胞动力学实验室，开始利用体外扩增培养的癌症细胞系，研究细胞周期有丝分裂过程中，储存遗传信息的姐妹染色体在子代细胞间精确分配的分子机制。在攻读博士期间，他鉴定了参与有丝分裂染色体分离的新蛋白，揭示了重要蛋白激酶和磷酸酶调控细胞有丝分裂进程的多种作用机理和分子机制，同时，开始接触并熟练掌握利用生物光子学探针技术来对细胞周期的基本过程进行实时成像，逐渐领悟了胞生物学家们口中的“Seeing is Believing”的魅力所在。这些博士阶段的研究成果，最终整理成为了国际主流期刊上发表的8篇学术论文，其中第一及通讯作者论文5篇。袁凯也获得了中国科学院朱李月华奖学金、中国科学院院长优秀奖、香港求是奖学金、美国细胞生物学年会Travel Award等多项科研学术奖励。中国科学技术大学浓厚的科研氛围和恩师姚雪彪教授的言传身教，为他插上了科学的翅膀，去更广阔的国际舞台搏击长空。

坚定心中的理想

怀抱着进一步认识细胞周期的目的，特别是对胚胎发育过程中受精卵细胞如何通过细胞周期来自我增殖，最终形成自然界中形态各异的生物体的浓厚兴趣，袁凯在博士毕业后，于2010年远赴重洋加入了美国加州大学旧金山分校美国科学促进会会士双向电泳发明人Patrick H.O’Farrell教授的实验室，开始利用模式生物果蝇来研究受精卵细胞快速增殖过程中的细胞周期运行规律和调控机制。在随后的6年里，袁凯在转盘式共聚焦显微镜下一遍遍的目睹着果蝇受精卵如何在2个小时之内从1个细胞增殖产生6000个细胞，并通过实验揭示了细胞周期蛋白Cyclin在驱动快速细胞周期以及保真有丝分裂姐妹染色体准确分离等方面的重要作用，更新了人们对有丝分裂进入以及有丝分裂后期起始的认知。当增殖产生足够数量的细胞之后，果蝇胚胎开始减慢细胞周期。袁凯博士解析了细胞周期延长的生物学机制，在导师Patrick H. O’Farrell的指导下，提出了DNA复制放缓和迟复制现象的出现，是细胞周期延长的关键原因。这些重要研究成果，被整理成为了发表于国际权威期刊上的6篇高水平学术论文，其中第一及通讯作者论文5篇。在此过程中，这些在正常胚胎发育过程中让人匪夷所思的复杂细胞周期调控现象，也浇灌着袁凯心中那颗好奇的种子，催其生根发芽，渐渐枝繁叶茂，为他继续从事科研工作提供了强大的动力 。

长期以来，对细胞核内基因组中的特定DNA序列的成像只能通过繁琐的荧光原位杂交离体染色实验，如何对特定DNA序列进行活细胞实时成像观察，一直是细胞生物学领域一个技术难题。在研究果蝇胚胎的过程中，袁凯利用植物致病菌Xanthomonas中的TAL效应子，独立开发出了TALE-light技术，不但简化了对特定DNA序列的离体染色，而且实现了对靶标DNA序列的活细胞实时成像。TALE-light的应用前景，引起了美国加州大学旧金山分校HIV专家Mike McCune教授的注意，目前基于TALE-light的HIV新检测方法也正在研发之中。袁凯的这些科研成绩，也获得了美国Program for Breakthrough Biomedical Research （PBBR）博士后奖、美国加州大学旧金山分校临床与转化科学研究所Strategic Opportunities Support青年研究员奖等多个科研奖励的认可。生命科学研究者喜欢强调Serendipity （机缘凑巧）这个词，袁凯希望他在果蝇胚胎研究中“凑巧”开发的小技术，有朝一日能在临床上找到应用的空间。

明确未来的方向

第7篇：细胞分子生物学技术范文

摘要：

噬菌体展示肽技术是一种特异性多肽筛选技术，它通过将随机序列的外源DN段定向插入至丝状噬菌体的相关基因后，相应的肽序会以融合蛋白的形式展示于噬菌体表面．噬菌体和特异性抗原特异性结合后将其富集后便可准确认识与相应靶位相结合的多肽序列．近年来这种技术以应用到生命科学的多个领域，尤其在抗肿瘤研究过程中，这种技术可用于肿瘤标志物的筛选、肿瘤抗原抗体库的建立、多肽分子探针的筛选等领域．

关键词：

噬菌体展示肽库；肿瘤；肿瘤标志物；多肽分子探针

1引言

噬菌体展示技术是一种筛选与目标靶位特异结合多肽的生物技术．该技术由Smith等人［1］于1985年首创，最早发表于国际顶尖杂志《Science》．Smith等人在其论文中详细阐述了这一新的生物技术手段．当将外源DN段定向插入到丝状噬菌体的基因III后，相应的肽序列就会以融合蛋白的形式展示于衣壳蛋白表面．与特异性抗原进行亲和筛选后将其富集便可准确认识与靶位相结合的多肽序列．目前，随着生物技术的不断发展，该项技术已日趋成熟，也已经衍生出各种类型的筛选方法，并以用于各种类型的亲和筛选过程，也获得了较多具有较好特异性的多肽分子．

2噬菌体展示技术的基本原理

噬菌体展示技术是通过基因工程技术将一定长度的随机肽序列基因整合到噬菌体衣壳蛋白基因中，当基因表达后该多肽序列会和衣壳蛋白形成融合蛋白并将其展示于衣壳蛋白表面，从而使表型和基因型之间建立了联系．由于随机肽序列基因千变万化，因而展示到衣壳蛋白表面的展示肽序列也会呈现出各种序列结构，因此，也称之为噬菌体展示肽库．其基本操作程序为：首先将噬菌体肽库扩增，之后与固相化的靶蛋白共同孵育一段时间后，洗去未与靶分子结合的及亲和力较弱的游离噬菌体，然后以竞争性受体或酸液强力洗涤，洗去非特异结合的噬菌体颗粒后，将特异性结合的噬菌体颗粒扩增、滴定，进行下一轮洗脱，经3～5轮筛选后，与靶分子特异结合的噬菌体颗粒得到高度富集．之后以分子生物学手段测序后分析得到蛋白基序，之后用于下一步研究．

3噬菌体肽库技术用于肿瘤标志物的筛选

肿瘤表面标志物是一类重要的生物标记物，多数分布于肿瘤细胞表面或血液之中．因此，通过检测相应的肿瘤标志物就可以预知患者患癌的风险．在医学基础研究及临床研究过程中具有重要的意义．肿瘤标志物的筛选可以通过许多现代分析手段完成，如2D－PAGE、真核表达文库、原核cDNA文库等，其中噬菌体肽库展示技术是一种比较便捷的筛选方法［2］．以噬菌体展示肽库技术筛选肿瘤标志物的研究方向主要集中于以下两方面：首先是以固相筛选的方法获得与肿瘤细胞表面相关抗原相结合的特异性多肽分子，以化学手段将其与特殊的发光物质、荧光物质或放射性物质相偶联，利用特殊仪器有望用于肿瘤的早期诊断．另一方面，通过上述方法筛选到的多肽分子本身就是肿瘤细胞表面的某种特异配体，以这种特殊配体与相应的物质偶联可实现成像，用于肿瘤的早期诊断．DelcommenneM等人以多发性骨髓瘤细胞为靶细胞，利用噬菌体展示肽库技术筛选到与靶细胞特异结合的人单链可变区抗体片段scFvsD4A4和D6B10．利用该抗体片段可以方便地发现骨髓瘤细胞表面的硫酸乙酰肝素硫酸化，所以该抗体片段有望作为一种重要的肿瘤标志物用于该肿瘤的动态监测，为更好地实现诊疗奠定基础［3］．人的血清中有许多针对自身抗原的抗体，而针对肿瘤相关抗原的自身抗体可作为一类重要的生物标志物，通过血清学测试可以用来检测肿瘤的早期发生．具有重要的诊断价值．Kelly等人［4］通过建立胰导管癌老鼠模型，以体内筛选的方法获得了一个与人胰导管癌细胞表面抗原特异结合的多肽plectin－1，通过蛋白组学鉴定后表明该多肽为一重要的肿瘤标志物，有望可用于人胰导管癌的早期诊断．

4噬菌体展示多肽的筛选方法

在噬菌体展示技术筛选特异性多肽分子的过程中，这些肽分子可以通过一种被称为淘选的方法得以快速的筛选，经多轮淘选后，逐渐得到具有较强特异性的噬菌体克隆，最后经测序后得到噬菌体展示肽的共有序列，所得肽具有较好的靶向特异性而被广泛应用．最简单的淘选程序便是通过选择靶位、结合、洗涤、扩增直至鉴定．

4．1体外筛选

体外筛选是目前噬菌体展示技术最普遍使用的一种方法．筛选之前，靶标的确认及选择最为重要．通常情况下可以选择细胞、细胞表面的某些抗原、蛋白、蛋白受体甚至细胞内的某些重要靶点．得到靶标后，就可以通过选择合适的筛选体系进行筛选．如图1所示，在筛选开始之前首先要通过阴性吸附细胞将非特异性噬菌体排除，这样就可以减轻后续筛选的压力．经过第一轮后，较为特异的噬菌体颗粒得到进一步的富集．在接下来的几轮筛选过程中，还要逐步增加洗脱的力度如逐步加大洗涤的次数、增加洗涤的时间以及在洗涤液里加入Tween等表面活性剂．最终使得亲和力最强的噬菌体颗粒被筛选出来，这个过程被称作“生物淘选”．最终经过扩增、滴定等环节，就可以用于后续的鉴定性实验．体外筛选最主要的一种类型为全细胞淘选．这种方法需要通过常规手段培养细胞，获得靶细胞后就可以展开筛选．全细胞淘选最主要的特点就是细胞表面的抗原较多，因而就有可能获得较多特异性多肽分子．

4．2体内筛选

体内筛选一般要借助于动物模型．动物模型可以有效模拟活体环境，最大化地提高多肽分子与体内特定靶标的结合能力．最常用的方法是将噬菌体通过尾静脉注射使之在实验动物体内通过血液循环到达靶标部位，最终可以得到特异的噬菌体克隆．体内筛选最常用的动物模型为荷瘤裸鼠．首先将人源性肿瘤细胞通过皮下注射注入至裸鼠体内，待长出肿瘤块后，选择尾静脉注射方式将相应的噬菌体注入至裸鼠体内，经多轮循环最终会筛选到与肿瘤组织特异结合的噬菌体克隆．经后续扩增后进一步测序并获得其多肽序列．尽管人们普遍认为，体内筛选可以最大限度地模拟动物体内环境，因此所得的多肽分子的可开发利用价值最大．但是，体内筛选也存在一定的问题如［5］：①序列主要以RGDmotif序列为主．因为含有RGDmotif序列的多肽主要是结合于α&’3inte－grin．②筛选到的多肽主要结合于脉管系统，不会直接到达肿瘤组织．

5噬菌体展示技术在肿瘤防治中的应用途径

利用噬菌体展示技术可以筛选得到靶向特异性多肽分子，这些多肽分子与其它标记物分子偶联后，既可以利用其靶向性作用，也可以利用标记物分子显示人体内病灶部位．与药物分子偶联后，还有望实现肿瘤的靶向分子治疗，因此，具有较好的开发利用价值．

5．1噬菌体展示技术与肿瘤的分子影像学诊断

分子影像学是以现代生物工程技术为背景，在细胞和分子水平研究生命活动的规律的科学，在此技术上还可实现定性和定量的研究，以期了解相应分子的变化规律及其相互作用［6，7］．而分子影像学发展的最直接影响因素便是特异性较好的靶向分子探针的研究与开发［8，9］．利用噬菌体展示技术获得较好的靶向多肽分子的研究较多［10］．以微阵列方法筛选可以得到前列腺癌标志物hepsin（HPN），以此标志物为靶标，以噬菌体肽库技术筛选得到与其特异结合的多肽分子，这些多肽分子以化学方法与荧光纳米颗粒偶联后将其注入荷瘤小鼠体内，结果表明，该多肽分子可特异结合于病灶部位，利用相关仪器设备有望用于该肿瘤的分子影像诊断，具有较大的利用价值［11］．同样，Qi等人［12］将靶向多肽分子和一种特殊的化学发光物质ECL－PB偶联，通过特殊设备就可以特异地鉴定出人前列腺癌表面抗原．肿瘤的脉管系统对于肿瘤的增殖具有重要的生理意义，其内皮细胞上高度表达有许多特异的分子，通过该项技术可以筛选到的与这些分子特异结合的多肽分子，有望用于基础与临床研究．VPAC1受体是一个与血管生成密切相关的受体家族成员，研究表明，它的过度表达直接影响着恶性肿瘤的增殖与迁移活动．因此，如果以该受体为重要靶标，筛选与其特异结合的多肽分子，则有望用于该肿瘤的分子影像学诊断．Tang等人利用该技术筛选到一个VP－2肽，研究结果表明该肽能够与多种类型的结肠癌细胞受体特异结合．因此，标记后该肽有望作为一种重要的靶向分子探针应用于肿瘤的早期分子影像学诊断［13］．整合素是分布于细胞表面的一类异源多聚糖蛋白家族成员，它的存在直接影响着细胞与细胞之间、细胞与基质之间的相互作用．αvβ3整联蛋白是细胞膜上一个重要的膜受体蛋白，它扮演着多种重要的生理功能，如肿瘤的侵袭、肿瘤细胞的恶性增殖、转移以及血管的生成、炎症的发生、骨质疏松及风湿性关节炎等疾病的发生、发展．有报道表明，有一类重要的含有三肽基序Arg－Gly－Asp的多肽分子可以特异结合于αvβ3和αvβ6分子．而αvβ6是一种典型的蛋白分子，它在多种肿瘤中均高度表达，当将这些具有典型基序的多肽分子与同位素等标记物分子相偶联后，就有望作为一种重要的分子探针用于肿瘤的早期诊断［14］．CGLIIQKNEC是一个应用该技术筛选得到的多肽分子，研究表明它可以特异结合于纤连蛋白的环状多肽，当该肽与Gd－DTPA偶联后形成的复合物能够在肿瘤组织中高度富集，有望用于分子成像［15］．综上所述，靶向多肽分子可以作为载体分子，通过和某些影像标记物如荧光、放射性物质、纳米颗粒等结合后，在病灶部位就能够通过仪器检测到相应信号，应用于临床后有望用于靶向诊断和治疗［16］．因此，具有灵敏、便捷的特点．但是，由于肿瘤发生的复杂性导致所产生的标志物具有较大的可变性，与多肽分子有关探针也未见任何报道，因此对于这方面的研究还需继续深入研究，其可发利用空间巨大、前景诱人．相信随着基础医学及分子生物学技术的不断发展，多肽分子探针用以肿瘤的早期诊断可以变为现实．

5．2噬菌体展示技术与靶向药物的开发

第8篇：细胞分子生物学技术范文

初见马炯，并没有想象中那么严肃。他坦诚、开朗、爱笑，直言不讳，又分寸有佳。他聊星座，说自己能在两个领域里吃香大概是“托了这个双子座的福”；还笑言自己是追星族，并拿出与诺奖得主的照片和记者一同分享。而谈及他的科研工作，马炯并没有太多地说起科研工作的辛苦，而是更多地分享他的步步历程。

一半是技术，一半是生物

马炯1999年进入复旦大学物理系，2008年取得物理系光学专业博士学位。博士阶段开始，马炯就致力于发展光学技术与生物课题相结合的研究工作。期间他曾作为访问学者前往南非罗德斯大学化学系和挪威奥斯陆大学生理系进行学术交流。

在南非期间，他确认水溶性CdTe量子点的光催灭机理，首次测定其单态氧产量，并开创出一种应用于其实现光动力治疗癌症的方法。2008年赴美从事博士后工作后，他一直致力于发展新型的单分子超分辨荧光显微镜，用于细胞核孔复合物的研究工作。在美国，马炯与Yang教授共同开发了SPEED显微技术，并在10nm空间精度和400μs时间精度下，研究了各类分子穿越细胞核孔的选择机制。他首次观测到细胞核孔内非折叠蛋白的三维结构，并首次获得生物小分子穿越细胞核孔三维路径，确定了其间的选择性机制，并于2010年及2012年在Proceedings of the National Academy of Sciences上发表了两篇高质量论文。

马炯还与Walter教授合作，开发应用于超分辨显微镜的mRNA荧光标记系统，结合单分子显微追踪技术，完成了mRNA穿越核孔的选择机制的初步研究，确认了mRNA核孔输出三维路径，纠正了一维路径数据所造成的认知误解，并发表在Nature Communication上。

而谈到技术和生物研究，马炯说他从来没有纠结两者之间的取舍，而是始终游走在两者的平衡之中。曾经在南非和挪威做访问学者的时候，他感到技术上偏重太多时，就在前去美国的时候有意识地加重了生物研究的选择。技术是他的“技”，而生物就是他的“巧”。有技方成巧，通过超分辨率光学显微镜的技术不断提高，他在细胞核孔复合物领域的研究也不断加深；以巧推动技，通过细胞核孔复合物实验研究的需求，他又不断革新超分辨光学显微镜的技术。双子的多面性，他展现在了科研领域中，并且大获成功。

2015年6月，马炯归国。他坦言，归国的一部分原因是因为故乡的父母，另一部分则是国家现在对于青年学者的重视，能够让他在最有精力的时刻投入到科研中去。“能够为国家做一点事情，国家也重视我做的事情，这当然是再好不过了。”马炯笑言。

超分辨光学显微镜下看世界

显微镜的发展满足了人们对观察微观世界的需求，让人们可以看得越来越“小”。但由于衍射极限的存在，几十年来光学显微镜的分辨率停滞在了200nm左右。2014年诺贝尔化学奖颁发给了美国及德国三位科学家Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner，获奖理由是“研制出超分辨率荧光显微镜”。几位获奖者巧妙设计了避开衍射极限的方法，其研究突破性地将光学显微镜带入了纳米维度。在纳米显微镜下，科学家实现了活体细胞中单个分子通路的可视化，能够观察到分子是如何在大脑神经细胞之间生成神经突触；可以追踪帕金森病、阿尔兹海默症和亨廷顿症患者体内相关蛋白的累积情况；还能跟踪受精卵在分裂形成胚胎时蛋白质的变化过程。现在已经进入了“光学显微镜2.0”的时代，超分辨荧光显微镜推动着新一轮生物医学的飞速发展。

现今，已具有多种不同超分辨成像技术实际应用于生物系统的范例，也已出现了商业化的超分辨显微镜系统，但仍然没有达到完美状态。在许多生物研究中，各类超分辨系统有着各自的局限性，如对于特殊荧光标记的发光特性依赖，或是高空间精度测量制约了探测时间进一步缩短。因此，研究和发展合适新的原理和方法，研制出适合专项生物课题研究的显微镜将是今后发展的一大方向。

谈起二维到三维的超分辨退卷积计算开发的时候，马炯说起了一个有意思的故事：他做出这个开发之后，花了整整一个星期的时间说服他的老师来相信他的成果，因为他的老师根本无法想象有人可以做出从二维分布中获取系统的三维分布的开发。而当他的老师认可了他的成果，他和他的老师又开始一起说服领域里的其他研究者一起应用这项成果的相关研究人员。“这告诉我们，固化思维的可怕。科技要进步，科研人员要创新研究，首先就要从打破自己的固有传统认知开始。”马炯严肃地说。

归国后的马炯将开始着手建立显微镜第二平台荧光返还探测技术，实现兼具超高的时间和空间分辨率的三维分子荧光追踪系统。他将把研究中所获得的信息将与跟踪RNA输出细胞核孔的研究互相印证，通过分析RNA在细胞核孔各位置的高时空精度动态过程，进一步研究细胞核孔蛋白调控基因的机理。此外，研究中所发展的原理和方法还将能够被广泛用于毫秒量级甚至更快的纤毛内分子运输、细胞间分子交换及跨膜通道开关等生物问题的研究。

在研究中，马炯将采用创新技术，促使实验系统同时具有很高的时间和三维空间分辨率，在不影响平面二维光学分辨精度的前提下，不通过拟合点扩散函数，而在亚毫秒级时间分辨量级和10nm三维空间分辨量级，实现对三维单分子荧光信息的实时探测和分析，满足高速动态生物学研究的特点和条件。在新型光学系统中，他还将利用凹面镜返还光程无色差的光学原理，创新设计凹面镜荧光返还光路系统，能够将z方向信息转换成x-y水平方向的信息，从而获取单分子z方向的位置信息。

细胞核孔复合物探寻

在细胞核孔复合物的研究中，马炯将利用SPEED显微镜技术，完成各类FG屏障与各类主要的传输分子间反应区域的三维分布测量。细胞核孔复合物是真核细胞中连接细胞质和细胞核之间的选择性双向通道，控制着绝大部分细胞核所需的蛋白输入，以及核内基因物质的输出。可以说，核孔是细胞内基因调控中非常重要的一个环节。核孔的缺陷会导致核孔相关的白血病及阿尔兹海默症等疾病。其本身更是各类病毒侵入细胞的重要关口之一，各类病毒会通过不同的方式通过核孔，最终侵入细胞的基因表达系统导致疾病发生。核孔的结构与功能的研究将为各类基因调控机制的研究提供一环重要的依据，对核孔蛋白缺失相关的白血病、阿尔兹海默症的致病机制，以及各种类病毒的侵入机制等核孔相关病理机制或基因治疗提供关键信息。

一个NPC是由30种多不同的核孔蛋白构成，长约200nm、直径为120nm、中心内径为50nm的大分子复合物。其中有三分之一的核孔蛋白富含苯丙氨酸-甘氨酸（FG）氨基酸片段，且在自然状态下呈现出非固定形态，我们称之为FG-Nups。这些FG-Nups组成了具有选择性机制的FG屏障。FG屏障选择性地调控基因相关物质按照被动运输或者主动介入运输的方式进出细胞核：只有小于60kDa的分子才能通过被动运输的方式，自由扩散通过NPC；另一种方式是主动运输，如含有入核信号或者核孔输出信号的蛋白或复合物分子，在核孔运输蛋白帮助下，形成复合物，通过TRs与FG片段相互作用，从而通过FG屏障。TRs与需要传输的蛋白形成的复合物的结合与解离，通过细胞核内外的RanGDP和RanGTP的浓度梯度来调节。通过电子显微镜可以观察到细胞核孔结构蛋白，但却无法获得这些高度自由的非折叠蛋白的结构，所以至今在生理状态下FG屏障及其相关的核孔物质传输的机理仍不清楚。

马炯将利用SPEED显微镜技术，完成各类FG屏障与各类主要的传输分子间反应区域的三维分布测量。他将确认活细胞内FG-Nup相互反应的存在及相应的水凝胶分布。综合各反应分布，完成接近完善的FG屏障的完整分布。他还将利用基因敲除，获取缺失核孔蛋白的分布，理解其对白血病的致病机理及对腺相关病毒（AAV）基因疗法的调控机制。从传输蛋白间的竞争情况，了解细胞核孔在大通量物质运输下对应的优先选择机制。

达成这项研究的基础，是SPEED显微技术能在超短的时间内获得高精度的空间位置信息，调控光学设置的稳定和准确，以及对各不同分子不同扩散速率下，在确保单分子荧光定位精度的同时，优化实验条件获取最多的数据量，是实验成功的关键。拥有丰富的超分辨光学经验，这让马炯能够满足数据的准确性及稳定地产出量。据此，他将创新领先技术，努力实现分子竞争通过核孔的实验设计创新。

未来故事

回国后的马炯选择了他的母校复旦大学作为科研工作的新起点。这里熟悉的环境让他很快就进入到了工作当中并规划新的征程。

首先，马炯将继续提升SPEED显微技术的性能及推广其应用范围。所有的对称体系研究中，马炯的SPEED显微技术都可以推广应用。而在快速跟踪领域中，这项技术也具有明显优势。其次，他将继续完善超快速的实时单分子三维追踪。再次，马炯将提高静态单分子荧光定位下的超分辨图像精度。现在的主流超分辨显微镜是用了一种光开关蛋白来实现，这将会造成单位时间内的信号光的损失。马炯换了其他方式，利用分子运动进特定区域时将这个分子可能发出的所有荧光进行收集，从而提高静态单分子荧光定位下的超分辨图像精度。

此外，马炯还将利用单分子荧光图像获取除未知外的其他信息。他认为这部分是相当有意思的内容。利用这些单分子图像可以看到，随着探测时间的加长，随着分子运动速度越来越快，这个分子的单分子影像所占区域会越来越大，马炯可以通过这些分子的大小探测到运动速率的快慢，确定这个区域的黏滞性有多大，从而找到这个分子所在纳米位置的环境信息。

第9篇：细胞分子生物学技术范文

关键词： 生物技术；生物催化剂；生物反应器；检测和纯化；三大工程

中图分类号：X8 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310027－01

在高中生物选修课本中，我们接触到的都是一类关于现代生物科技的知识。大多数人常常认为这一部分的知识十分琐碎，但事实情况恰恰相反，因为无论是传统的，还是现代的生物技术都涵盖了三个层面的核心问题。那就是：1）对所进行的生物反应中，特定生物催化剂或载体（如：酶或激素）的选取。2）为了充分发挥生物催化剂利用率，需要制造特定的反应容器（生物反应器或反应过程）。3）检测和纯化（也就是反应产物的分离提纯）。

而在高中生所学的选修课本中涉及现代生物科技三大工程，即：基因工程、细胞工程、胚胎工程。如若将这几部分的生物技术从三个层面的核心问题的进行区别和联系，即可很好的掌握和应用选修课本的知识点。而本文的是指引学生巧妙地将生物技术进行识记，理解。如下表将基因工程从生物技术的三个层面进行了剖析。

1 基因工程

在基因工程应用上，其中最重要的就应该是利用乳腺反应器或膀胱反应器来制造药物。它们有着共同的步骤，然而它们与一般的基因工程在处理上却有着独特之处。它们是将药用蛋白基因和乳腺蛋白基因（或膀胱蛋白基因）的启动子等调控组件重组在一起，作为目的基因的。

像基因工程这种生物技术是基于分子水平之上的，一种精确，定向的控制。而在高中生所学的选修教材中还有一类生物技术是基于细胞水平之上的操作，那就是一种半随机，定向的控制，例如：细胞工程、胚胎工程等。而下表则是对细胞工程的操作进行了三个层次的分析。

2 细胞工程

此处所涉及的细胞工程基本上已经成功的进行了实验，并将大量的实验推广于应用之中，如：改良家畜、保护濒危物种、胚胎干细胞的移植、利用单克隆抗体治疗疾病等等。然而它们的成功率依旧很低，并且在安全性问题上也有争议。

其实不仅仅是细胞工程如此，胚胎工程也是如此。当人类对胚胎的发育研究到一定程度时，胚胎工程才逐步从细胞工程中分离出来，成为一门新的学问。

3 胚胎工程

由于胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，所以如果想对胚胎工程进行整体性的把握，必须了解动物的受精过程和早期胚胎发育的过程。而本文在此只作一个简单的概述。

1）受精

受精过程是指的与卵子结合形成受精卵的过程。而这个过程一方面是精原细胞经过减数分裂和变形形成，另一方面则是卵原细胞经过减数分裂形成次级卵母细胞。但是刚刚获得和次级卵母细胞却不能立即受精，因为它们还不具备受精的能力，所以要对进行获能处理和对卵子培养至MⅡ中期，两者方可受精。

处理之后，会发生顶体反应，产生顶体酶。进而穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，与此同时卵子发生透明带反应和卵黄膜的封闭作用，来防止多精入卵。最终雌雄原核融合，受精卵形成。卵母细胞的减数分裂完成，出现了两个极体（标志着受精作用的完成）。

2）早期胚胎发育

受精卵形成后立即进行有丝分裂，开始发育。当分裂达到32个细胞左右时，胚胎形似桑椹，称之为桑椹胚。此阶段及之前的细胞并未分化，属全能细胞，因而可以运用于胚胎分割技术。

而后桑椹胚进一步发育，细胞中开始出现分化，出现内细胞团和滋养层细胞（可用于做性别鉴定）。并且胚胎的内部出现了含有液体的囊腔――囊胚腔。由于囊胚的进一步扩大，导致了透明带的破裂，卵裂结束。随着囊胚中内细胞团的不断变化，其表层细胞形成了外胚层，下方细

胞则形成了内胚层。此时则形成了原肠胚，而由内胚层包围形成的囊腔称为原肠腔。

具备了以上的知识基础，才能更好地从生物技术的三个层面上剖析胚胎工程，如下表：

从上文的分析和归纳中不难发现，现代生物技术可以从三个核心层面去进行归纳总结。也许一个生物技术可能因为不需要提纯，而没有检测和纯化这一步，但无论是特定生物催化剂或载体的选取，还是生物反应器或反应过程，这两个核心层面总是必不可少的。

对于浩瀚的生物技术海洋而言，本文不过是冰山一角。笔者只愿每一个学习、教授、研究生物技术的人能不断前进，让生物技术系统性的存在于每一个学习、教授、研究它的学者的脑海之中。

参考文献：

[1]（英）J.E.史密斯/著，《生物技术概论》，郑平、钱海丰等译，科学出版社.

[2]吴相钰、陈守良、葛明德主编，《陈阅增普通生物学》（第三版），高等教育出版社.

[3]何若天，《植物体细胞杂交和原生质体培养》，《广西农学院学报》，1987.1.