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细胞生物学虚拟仿真实验课程建设
资源数量 : 1
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学习人次 :
211
细胞生物学实验教学拟采用“虚实结合的” 教学模式,虚实结合是指在实体实 验教学的同时,为学生在线提供与实体实验相对应的虚拟实验,以方便学生在网上自 主地进行实验的演练。以实验“动态观察药物对肿瘤细胞的凋亡诱导”为例,实验材 料是体外培养的肿瘤细胞,细胞来源可以是原代或传代的细胞,实验结果的观察可以 用免疫组化、荧光染料或转染等技术。然而在实体实验必须考虑到安全性、耗材成本 和人力资源等因素,因此选择实验准备及操作相对简单的传代细胞系为细胞来源,并 用荧光染料直接标记进行观察。实体实验没有涉及如细胞传代、免疫组化和转染等技 术学生可以通过虚拟实验项目来完成。本实验项目拟以观察凋亡前后细胞形态学改变 为主线,贯穿细胞培养、和荧光显微镜的使用等重要技术。
本部分内容实体课堂应安排“动物细胞传代培养”和“荧光显微镜观察细胞凋亡 前后的形态学改变”共 6 学时。由于学时、场地和经费的限制实体课堂无法涉及相 关实验内容,学生可以通过虚拟仿真实验在网上自主地完成。 生物科学专业的培养目标为培养高素质复合型创新人才,因此在实验安排上还增 加了对无菌操作技术要求较高的原代细胞培养和哺乳动物细胞的胞吞作用的研究两 个内容,实验过程都比较复杂,对动手能力要求很高。而虚拟仿真实验给学生提供了 很好的练习场所,从最初的细胞培养前的器皿灭菌和培养基的制备等到后期的细胞功 能检测都能演练,体现了实验高度的连贯性和整体性。
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项目简介
传代培养是组织培养常规保种方法之一。贴壁细胞生长增殖形成单层细胞后,会 进一步扩展汇合,覆盖整个培养瓶底,细胞会因生存空间不足或密度过大,发生接触 抑制,并引起营养物质枯竭和代谢产物积累,发生细胞中毒,影响正常生长。这时需 要进行分离培养,细胞由原培养瓶按一定比例稀释后,分种到新的培养瓶中继续培养, 这一过程就叫细胞传代。胰酶是一种蛋白酶,通过在特定位置上降解蛋白,将细胞膜 和培养皿壁结合处蛋白降解,使两者分离,贴壁的单层细胞脱离下来,形成分散的细 胞悬液,然后用新鲜的培养液进行稀释、分装和培养。传代要在严格的无菌条件下进 行,每一步都需要认真仔细的无菌操作。
细胞死亡根据其性质、起源及生物学意义区分为凋亡和坏死两种不同类型。凋亡 普遍存在于生命界,在生物个体和生存中起着非常重要的作用。细胞凋亡普遍存在于生命界,在生物个体和生存中起着非常重要的作用。它是细胞在一定生理条件下一系 列顺序发生事件的组合,是细胞遵循一定规律自己结束生命的自主控制过程。细胞凋 亡具有可鉴别的形态学和生物化学特征。在形态上,凋亡细胞与周围细胞脱离接触, 细胞变圆,细胞膜向内皱缩、胞浆浓缩、内质网扩张、细胞核固缩破裂呈团块状或新 月状分布、内质网和细胞膜进一步融合将细胞分成多个完整包裹的凋亡小体,凋亡小 体最后被吞噬细胞吞噬消化。在生物化学上,多数细胞凋亡的过程中,内源性核酸内 切酶活化,活性增加。核 DNA 随机地在核小体的连接部位被酶切断,降解为 180-200bp 或它的整倍数的各种片断。如果对核 DNA 进行琼脂糖电泳,可显示以 180-200bp 为基4 数的 DNA ladder(梯状带纹)的特征。
相比之下,细胞坏死是细胞处于剧烈损伤条件下发生的细胞死亡。细胞在坏死早 期即丧失质膜完整性,各种细胞器膨胀,进而质膜崩解释放出其中的内容物,引起炎 症反应,坏死过程中细胞核 DNA 虽也降解,但由于存在各种长度不等的 DNA 片断,不 能形成梯状带纹,而呈弥散状。一些温和的损伤刺激及一些抗肿瘤药物可诱导细胞凋 亡,通常这些因素在诱导凋亡的同时,也可产生细胞坏死,这取决于损伤的剧烈程度 和细胞本身对刺激的敏感程度。
红茂草富含异喹啉类生物碱,经研究发现红茂草药液对 HeLa 细胞的半数抑制浓 度(IC50)为 3.67µg/µL。3.1~3.7μg/ml 范围内作用 12 小时,细胞空泡化现象严重, 发生裂解死亡。本实验用 4μg/ml 红茂草生物碱在体外诱导培养的 HeLa 细胞发生凋 亡,有少数细胞发生坏死。
用 Hoechst33342 和碘化丙啶(PI)对细胞进行双重染色,可以区别凋亡、坏死 及正常细胞。细胞膜是具备选择性的生物膜,生物染料 PI 不能穿过质膜。当细胞坏 死时,质膜不完整,PI 就进入细胞内部,它可嵌入到 DNA 或 RNA 中,使坏死细胞着 色,而凋亡细胞和活细胞不着色。Hoechst33342 是一种活性荧光染料且毒性较弱, 它与 DNA 特异结合(主要结合于 A-T)碱基区),可以区别显示凋亡细胞和活细胞。 此外,凡是看到有凋亡小体的细胞都是凋亡细胞。
1实验模块1
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