【教学设计】《单克隆抗体的制备及应用》--刘萍

《单克隆抗体的制备与应用》微课的制作说明

西农大附中 刘萍

参赛作品类型：

本参赛课件是配套当前在我省使用的高中生物人教版选修3的视频及多媒体课件，以WPS幻灯片制作，结合真人语音播放录制，整合了图片、动画等多种媒体形式，旨在创设情境，迅速有效地为学生呈现各类学习资源。

细胞工程是建立在对细胞结构、功能、生理等研究基础上的新技术，本节包含其中一项技术。“单克隆抗体的制备”是“动物细胞融合”技术最重要的应用，“单克隆抗体的制备”也可以说是一项具体的技术，是本节课教学的重难点。如何理解单克隆抗体的概念，“单克隆”是“克隆”何种细胞？与传统抗体的生产相比如何制备“单克隆抗体”才能使“特异性强、灵敏度高”？此优点又是怎样被加以应用的？本节涉及该技术的流程、制备方法及应用，通过单克隆抗体这一主线串联起来进行教学，在不断生成问题和解决问题的过程中，实现了课堂的有效生成。

本节课教学设计根据“用教材教，而不是教教材”的思想，努力拓宽学生科技视野，通过回顾免疫反应过程中抗体产生的机理，引出传统抗体的制备方法及存在问题，从而提出更优解单克隆抗体该如何制备这一问题。以制备过程中问题串为主干，让学生自主思考补全流程图，同时补充讲解拓展内容。通过创设情境，模拟实验，激发学生问题探究的热情。在真实情境、挑战性的任务驱动下，借助单克隆抗体制备流程图解读，引导学生既关注宏观步骤，又重视对一些重要方法细节的理解，抓住技术流程、方法和筛选主线，以问题导向，启迪学生思维，帮助学生理解单克隆抗体制备原理与应用，培养学生综合运用知识能力。

附本节课教学设计：

《单克隆抗体的制备与应用》教学设计

一、教学目标

本节内容在新课程标准中的表述：阐明利用动物细胞融合技术制备单克隆抗体的过程，认同单克隆抗体在临床上有重要的应用价值。“教学提示”有：收集单克隆抗体在临床上实际应用的资料，并进行交流分享。

（一）知识目标

（1）概述单克隆抗体制备的过程、方法与原理。

（2）了解单克隆抗体在医学实践中的应用，并说其应用实例。

（二）能力目标

（1）让学生进行制备单克隆抗体的方案设计，培养学生科学思维能力。

（2）通过过程图的解读和有关原理和方法问题的探讨，培养学生严谨细致的学习作风，提高理解和表达能力。

（三）情感目标

通过创设情景让学生主动参与实验及讨论，使其更好地融入学习中，初步培养学生热爱生命科学，勇于探索，不断创新的精神。

二、教学重点

（1）单克隆抗体的制备过程、方法与原理

（2）单克隆抗体应用

三、教学难点

单克隆抗体的制备（筛选的方法及必要性理解）与其特异性强的理解（克隆单个杂交瘤细胞，可制备抗一种抗原决定簇的特异单克隆抗体）

四、课前准备 （学案编制、课件制作、教学模式整理）

五、教学过程

（一）复习导入，回顾已有知识做好铺垫

1．学生回顾抗体的产生过程，发现问题：由于病原体表面一般存在多种抗原分子，所以传统方法制备获得的为多克隆抗体，存在产量低、纯度低、特异性差等缺点，思考如何解决这一问题？

2．结合科学家多年的研究探索结果，引导学生形成思路：要想获得大量单一抗体，必须克隆单一的B淋巴细胞，形成细胞群，从而产生的才是单克隆抗体。但同时提出遗憾：体外培养条件下，B淋巴细胞不能大量增殖。

于是创设新的挑战：该如何解决细胞不能无限增殖的问题？

3．帮助学生回忆癌细胞的特征及前节动物细胞融合技术，假设B淋巴细胞和小鼠骨髓瘤细胞融合后可得到既能无限增殖又能产生特定抗体的杂交瘤细胞。鼓励学生设计实验，如何操作可得到大量的单一性抗体？

4．让学生补充“单克隆抗体制备流程图”中空白内容，教师进行评价。

5. 以层次鲜明的问题串为导向，引导学生完成流程图的填写，并在其间运用动物细胞融合模拟实验、第一次筛选原理的拓展、第二次筛选实验的设计等，全面立体的认识了单克隆抗体及其制备过程，进而总结出单抗的优点：特异性强、灵敏度高、可大量制备。

6. 借助单克隆抗体这三大优点，向学生展示其在医学领域中的应用及其作用机制，并鼓励学生发现思维，思考除此以外是否还能应用到其他领域。

（二）学习新知

1．1单克隆抗体的概念

对比多克隆抗体，说出单克隆抗体的概念

让学生分析“单、“克隆”、“单克隆抗体”的含义。

1．2单克隆抗体的制备

1．2．1请学生根据所学动物细胞融合原理提出单克隆抗体的设计方案

问题：如何大量生产单克隆抗体？小组讨论，请代表发言。

提示：可以通过对B细胞进行动物细胞培养获取单克隆抗体吗？我们所学的哪种细胞是可以无限增殖的？从诱变育种、基因工程、细胞工程等角度有哪些可能的设计思路？

1．2．2介绍1975年英国科学家米尔斯坦和柯勒极富创造性的实验方案与实验过程步骤，让学生看书上53页单克隆抗体制备过程示意图，分组讨论，单抗制备过程分哪几步？请用箭头把搞乱的代表单克隆抗体制备过程步骤图解的字母按正确顺序连接起来。顺序是？

1．2．3让学生描述单克隆抗体制备过程步骤，分析包含哪些原理、哪些动物细胞工程技术

1．2．4引导学生分析讨论单克隆抗体的制备过程中的关键问题与方法

问题①注射抗原的目的是什么？②诱导细胞融合的手段有哪些？③若细胞两两融合后，有几种融合情况？④第一次筛选出的杂交瘤细胞为何需进行克隆化培养和专一抗体检测？⑤实际操作中如何进行两次筛选获得能产生特异性抗体的杂交瘤细胞？（用选择性培养基进行第一次筛选，有限稀释法培养进行第二次筛选）

1．3单克隆抗体的应用

1．3．1单克隆抗体的优点

因为单克隆是克隆单个杂交瘤细胞，制备的是抗一种抗原决定簇的特异性单克隆抗体，因此单抗的突出优点——特异性强、灵敏度高。

1．3．2单克隆抗体用途

由于单抗的突出优点，它的最广泛的用途是作为①诊断试剂，以“早早孕单抗试剂”来说明其说明其准确、高效、简易、快速的特点。②治疗、预防疾病

（ “生物导弹” —单抗导向，药物为弹头，主要用于绿色抗癌）③导向手术。

（三）总结归纳

补全“单克隆抗体制备流程图”

（四）作业布置

通过报刊、杂志、互联网或其他媒体搜集资料，了解单克隆抗体最新的科技前沿进展，并说说单克隆抗体还可以有哪些应用。

（五）板书设计

附件1：

“情境—问题链”导学课堂教学模式

一、模式目标

以学生为主体，激发学生学习热情，使其处于愿学、乐学、会学的状态，教师成为学生学习的引导者、帮助者、促进者。

二、模式流程主要包括“自主整理—情境导入—问题探究—解释迁移—归纳整合—应用提升”六个环节。

1、准备阶段-----（课前预习）

课前给学生自主预习提纲（以问答或填充等形式），进行本节内容学习预备知识和基础知识的整理。可以达到课前就调动其学习的积极性，同时节省课堂时间用于重点知识的讨论与分析，提高课堂效率。让学生写出预习中发现的疑难问题（2个以上），带着问题进课堂。

2、导学阶段-----（课堂完成）

（1）情境导入

一个好的情境，是教学成功的一半。它能吸引学生的注意力，激发学生学习兴趣，让学生的思维处于活跃状态，为探究环节提供情感动力。情境创设最好具有真实性、本土性、时代感，要联系学生生活实际，吸引学生眼球。

（2）问题探究

情境起什么作用？问题情境，情境创设是为提出与学习内容相关的问题，围绕相关主线设计问题串（如现代生物技术的过程或方法，科学探究思维过程等），在符合学生认知规律的情况下展开，要围绕学生的最近发展区提问，让他“跳一跳，够得到”，提出的问题要有针对性，是重点、关键点、学生学习的难点、疑点、兴奋点，问题要具体、明确，任务性强。启发学生通过看书、实验、观察、思考、查阅资料、讨论、动手操作等活动进行探究性学习。

（4）解释迁移

学生探究性学习后，做出问题解答，教师评价或生生互评、自评。不要害怕学生暴露出来的错误，错误是好的教学资源。（教学生学会、教学生学、教学生会学）教师要有针对性地聚焦重点、突破难点、厘清疑点，对问题进行精要的解释，以此纠正一部分学生模糊的知识，帮助学生形成正确概念。进行变式训练，促进知识迁移。

（3）归纳整合

对知识进行归纳、整理，使形成系统明晰的知识结构。教师要努力总结揭示知识背后的规律、方法。

3、应用评价阶段----训练提升（课堂或课后完成）

呈现体现本节内容的典型练习题，最好是新情境下的信息题，以检测学习效果（是否真正理解和掌握），巩固内化新知识，形成运用知识解决实际问题的能力。

以试卷、作业的形式检查学生对学习任务的掌握情况。最好在规定的时间内，当堂完成。当堂反馈，便于掌握学生在课堂上的真实学情，检测自己的教学质量，及时查漏补缺。

“情境—问题链”导学模式需要精心开发的课程资源做支撑，一定要树立“用教材教，而不是教教材的思想”、“留心处处皆资源”。

总之，“情境—问题链”导学模式是努力开发营造宽松、愉悦、乐学的环境，引导学生自主学习、独立思考、积极探究，使学生在轻松愉快的氛围中体验到学习成功的乐趣，感受创新的快乐。

附件2：

《动物细胞融合与单克隆抗体》课前预习提纲

学校 班级 姓名 时间

一、问答

1．抗体由什么细胞产生？其化学本质是什么？主要作用？与抗原作用的特点？主要分布在哪里？

2．动物细胞工程常用技术有哪些？单克隆抗体制备过程中用到哪些？技术原理是什么？

3．仔细阅读书上单克隆抗体制备过程示意图，回答问题①注射抗原的目的是什么？②诱导细胞融合的手段有哪些？③若细胞两两融合，有几种融合情况？④进行专一抗体检测和筛选的目的是什么？⑤筛选最少要进行几次？

二、填空

1、动物细胞融合的原理 ，诱导其融合的手段 ，最主要用途 。

2、杂交瘤细胞的特点 、 。

3、单克隆抗体的优点 。

4、单克隆抗体主要用途 。

三、请写出预习中你自己不能解决的疑难问题（2个以上）

附件3：

《动物细胞融合与单克隆抗体》课后检测题

1．中科院上海植物生理生态研究所在“神舟四号”飞船进入太空后为一对“新人”——黄花烟草原生质体和革新一号烟草原生质体举办了特殊的“婚礼”。将两个“新人”放入融合器中，当充满液体的融合器加上直流电场，两个原本相互游离的细胞一下子贴到一起，开始了“窃窃私语”。紧接着，在瞬间高压脉冲的作用下，细胞膜被击出了一个小孔，透过这微小的空间，两股细胞质展开了“心灵沟通”。渐渐地，它们俩已是你中有我，我中有你，一个新生命就这样诞生了。地面实验结果显示：用于融合的两个“新人”，一个开的是粉花（标记为“一号”），一个开的是黄花（标记为“二号”）融合后的细胞再生植株开的是黄花，但形状却和一号相同（称“一号形状”，另一个称“二号形状”）。这种“太空烟草”比普通烟草个子矮，株秆粗，烟叶多，是我国太空育种试验的一项重大成果。据此回答下列问题：

（1）由于细胞的密度不同，因此在地面上进行细胞融合非常困难。从理论上讲，在太空中细胞更容易融合，可能的原因是 。在显微镜下观察，“新人”的细胞膜融合在一起，使细胞呈圆球状，这是因为膜具有 特性。“细胞婚礼”中用到的诱导融合技术是 。

（2）两种烟草原生质体融合时， 类型是要被淘汰的。 类型是我们需要的，这样的细胞经组织培养后，再生的植株属 倍体。

（3）植物体细胞融合技术与传统的有性杂交相比，其优点 。

（4）“太空烟草”能稳定遗传吗？为什么？

2．下图是单克隆抗体制备流程阶段示意图。

（1） 技术是单克隆抗体技术的基础。

（2）在图中HAT培养上，未有融合的_________________和融合的_________________ 都会死亡，只有融合的杂种细胞才能生长。

（3）单克隆抗体与常规的血清抗体相比，最主要的优点是 。 （4）选出的杂交瘤细胞既具备骨髓瘤细胞的迅速 特点，又具备淋巴细胞的_________ 特点，经过选择性培养的杂交瘤细胞，还需进行____________和___________，经多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。最后将杂交瘤细胞在体外条件下做大规模培养，或小鼠腹腔内增殖，从________________或________________中，就可以提取出大量的单克隆抗体了。

（5）淋巴细胞是由动物体 中的 细胞分化、发育而来。

3．已知细胞合成DNA有D和S两条途径，其中D途径能被氨基嘌呤阻断。人淋巴细胞中有这两种DNA的合成途径，但一般不分裂增殖。鼠骨髓瘤细胞中尽管没有S途径，但能不断分裂增殖，将这两种细胞在试管中混合，加聚乙二醇促融，获得杂种细胞。请回答：

（1）试管中除融合的杂种细胞外，还有 种融合细胞。

（2）设计一方法（不考虑机械方法），从培养液中分离出杂种细胞，并说原理。

方法： 。

原理：

。（3）将分离出的杂种细胞在不同条件下继续培

养，获得A、B、C三细胞株。各细胞株内含有的人染色体如有表（“+”有，“—”无）测定各细胞株中人体所具有的五种酶的活性。结果是：①B株有a酶活性；②A、B、C株均有b酶活性：③A、B株有c酶活性；④C株有d酶活性；⑤A、B、C株均无e酶活性。若人基因的作用不受鼠基因影响，则支配a、b、c、d和e酶合成的基因依次位于人的 、 、 、 和 号染色体上。

答案

1．（1）重力作用很弱 一定的流动性 电刺激诱导融合 （2）自身融合 黄花烟草——某新一号烟草 多（或四） （3）克服了远缘杂交不亲和的障碍              （4）如果“太空烟草”为纯合子，无性繁殖和有性繁殖都能稳定遗传；如果为杂合子，无性繁殖能稳定遗传，有性繁殖会出现性状分离。培养过程中也可能会发生基因突变。

2.(1)动物细胞培养 (2) 亲本细胞 具有同种核的细胞 (3)特异性强，灵敏度高，并可能大量制备 (4)大量增殖 分泌专一抗体 克隆化培养 抗体检测 细胞培养液 小鼠腹水 (5)骨髓 造血干

3．（1）2 （2）培养液中加入氨基嘌呤，收集增殖的细胞 加入氨基嘌呤后，使D合成途径阻断，仅有D合成途径的骨髓瘤细胞及其彼此融合的细胞就不能增殖，但人淋巴细胞和骨髓瘤细胞融合后的杂种细胞中可以利用淋巴细胞中的S途径合成DNA而增殖 （3）6 1 2 7 8

单克隆抗体的制备与应用

1、单克隆抗体

抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。从血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差。

单克隆抗体：由单一B淋巴细胞克隆产生的仅针对某一特定抗原的抗体。

2.单克隆抗体的制备

说明：

①融合形成的杂交细胞有多种，若仅考虑两个细胞的融合，仅有3种情况。

②整个制备过程要经过两次筛选。第一次用特定的选择培养基从融合的细胞中筛选出杂交瘤细胞。第二次在多孔培养板上培养，筛选出能产生特异性抗体的细胞群。

③杂交瘤细胞的特点：既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体。

④单克隆抗体是指通过克隆杂交瘤细胞，形成遗传物质完全相同的细胞群，由该细胞群产生出化学性质单一、特异性强的抗体。

⑤单克隆抗体的优点：特异性强，灵敏度高，并能大量制备。

3、单克隆抗体的应用

① 作为诊断试剂：具有准确、高效、简易、快速的优点。

② 用于治疗疾病和运载药物：主要用于癌症治疗，可制成“生物导弹”，也有少量用于治疗其它疾病。

③用于导向手术。