细胞分化模型在细胞生物学实验教学中的应用与实践

发布时间：2021-06-11 06:45

　　生命活动包括细胞分化、生长、衰老、死亡等一系列变化,是一个连续发展的过程,而在当前的细胞生物学实验教学中,针对独立、单个知识点的实验设计仍占多数,这不利于学生系统、有机地理解生命现象。该研究以U-937细胞分化过程为对象,设计了3个相互联系的实验,分别为:（1）分化对细胞形态影响的观察;（2）分化对细胞周期影响的观察;（3）分化对细胞吞噬功能影响的观察。通过对实验结果的观察,学生发现分化后,（1）细胞由悬浮生长转变为贴壁生长,细胞形态由圆形变为不规则多边形,并伸出伪足;（2）细胞周期则会发生G1/S期阻滞,停留在G1期;（3）分化后的细胞对细菌的吞噬能力明显增强。该教学设计巧妙地将3个知识点有机整合在一起,旨在通过细胞分化这一生命现象,让学生深入理解细胞在发育成熟过程中形态学、分裂增殖及吞噬功能的变化,帮助学生充分理解生命活动是动态发展这一本质,且能很好地培养学生全面思考、分析及解决问题的能力,进而提升学生对教学实验的兴趣,发挥学习的主观能动性。 

【文章来源】：中国细胞生物学学报. 2020,42(02)CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

U-937细胞用于教学中的实验及递进关系

如图3所示,对照组细胞在培养72 h后,G0/G1占总细胞的35.50%,S期细胞总细胞的48.50%,而G2/M期细胞占总细胞的10.70%。实验组细胞在经10 nmol/L PMA诱导72 h,G0/G1占总细胞的84.70%,S期细胞总细胞的7.20%,而G2/M期细胞占总细胞的1.37%。该结果表明,U-937细胞分化后G0/G1期的细胞比例显著增加,细胞周期发生了G1→S期阻滞,提示分化对细胞增殖的影响,这与我们已经学习过的理论知识相符合,即随着细胞分化程度的增加,细胞的增殖能力会减弱,而终末分化的细胞,如心肌细胞、神经细胞则均无增殖功能[11]。图3A和图3C显示,U-937细胞分化前后,其前向和侧向散色角发生了明显变化,分化后的细胞侧向反射光(side scatter,SSC)明显变大,表明细胞内颗粒物的增多,这也与我们在形态观察时看到的分化后细胞质中出现大量的溶酶体和其他细胞器所吻合。同时,我们也发现,分化后细胞的异质性增加,在流式图中呈现更加分散的状态。4.3 分化对U-937细胞吞噬功能的影响

细胞生物学的研究内容几乎涉及机体中所有重要且基本的生命现象,图6简略地显示了与细胞活动相关的生命现象。多细胞生物从受精卵开始发育生长,形成由多种细胞构成的有机体。生物个体的这些细胞都是由受精卵分裂(细胞增殖)而来,但它们无论在形态结构还是生理功能上都有显著差异(基因的差异表达–细胞分化),分化后的细胞行使不同功能,保证机体正常、有序的生命活动。由此可见,生命活动不是孤立不变,而是动态发展的。因此,以细胞为研究对象的实验教学也应改变以往独立、单个知识点的传授方式,建立一系列具有有机联系的实验项目,使学生在学习过程中体会到生命活动的动态发展,对培养学生探索生命活动的科研精神、激发学生的学习兴趣,具有重要作用。在多细胞生物个体发育的过程中,细胞分化能体现细胞有规律的形态结构和生理功能的阶段性变化,是建立连续性实验项目的理想模型。本实验课程将U-937细胞模型引入本科生实验教学,结合倒置相差显微镜、荧光显微镜、流式细胞术等技术,观察分化前对细胞形态结构、细胞周期及吞噬功能的影响。该实验项目旨在使同学们了解到,分化是细胞一系列连续事件的综合结果,同学们可以通过多种手段对分化现象进行分析。通过对该项目的学习,学生应该能独立完成细胞培养操作(无菌操作、细胞计数及加药处理等),熟练使用倒置相差显微镜,掌握荧光显微镜就流式细胞仪的原理及使用方法,如何对样本进行前处理,并学会使用Flow Jo软件对流式结果进行简单分析。


本文编号：3224040