细胞生物学研究的基本问题范文

一、生物专业细胞生物学课程发展历程

1978年，哲里木医学院生物教研室成立，在临床医学专业开设了《医学生物学》课程，本、专科分别为72、54学时，先后由王光荣、董秀兰、王静霞、马文良、孟青、南晓光等教师任教。在当时的《医学生物学》课程中，已用相当的篇幅向学生介绍了医学细胞生物学知识。1992年，蒙医学院将临床医学专业的《医用生物学》课程一分为二，南晓光老师开设《医学细胞生物学》，理论课30学时，实验课18学时。2000年，哲里木盟畜牧学院、内蒙古民族师范学院及内蒙古蒙医学院三所学校合并成立今天的内蒙古民族大学后，教学条件得到了显著改善。2007年，随着生命科学院的成立，《细胞生物学》的发展进入了一个崭新阶段，被评为内蒙古民族大学首批校级精品课程之一，而且获得了0.5万元/年的经费大力支持。

二、课程内容体系和结构

随着我校课程教育改革发展形势，我们教研室对细胞生物学专业课程进行了较系统的改革探索，并经历了反复实践调查研究，才逐渐形成了今天的细胞生物学课程教学体系。在学校和学院的大力支持下，以及老一辈教师与新一代青年老师的共同努力下，细胞生物学在课程体系、教学平台、教学手段、教学理念、教学内容建设等方面进行了深入的改革和完善，教学质量不断提高，赢得了学生、老师和同行认可的实际效果和学术成果。细胞生物学课程在这些年的教学实践基础上形成了具有自己特色的内容体系结构。基本内容由14章组成：第一章，细胞的统一性与多样性，第二章，细胞生物学研究方法，第三章，细胞质膜与物质转运，第四章，内膜系统与膜运输，第五章，线粒体与叶绿体，第六章，细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,第七章，核糖体，第八章，细胞骨架与细胞运动，第九章，细胞核与染色体，第十章，细胞周期与细胞分裂，第十一章，细胞与胚胎发育、分化与调控，第十二章，细胞衰老、死亡与癌变，第十三章，细胞社会的联系，第十四章，细胞信号转导。

三、细胞生物学课程改革

（一）细胞生物学课程改革建设目标

经过多年教学实践，教研室曾对细胞生物学理论课教学方法进行了相应改革，例如，响应学校提倡科研能力的培养，从研究问题着手，把细胞生物学的一些核心知识构建过程展现出来，并提出专业相关问题，让学生进行思考进而研究，这种采取研究性教学与学习的方法，双向互动。对于学生自主获取知识能力的培养，我们预计开设第二课堂活动，比如学生专题报告会、参与教师科研、放大课程章节提要等。在实验教学中，通过开放实验室、实验项目、实验内容、实验仪器等措施将学生主置突显出来。随着学校课程教育改革形势的发展，我们将继续发扬内蒙古民族大学细胞生物学教学的优良传统，在保持原有特色的基础上，充分利用民族院校优势，比如我校蒙医药学特色，可以在本科实验教学中增设蒙医药用植物研究，同时结合现代教育的技术和手段，采用多样化多形式的教学模式，丰富教学内容，促进学生的自主学习。进一步让我院生物学专业细胞生物学课程体系结构得到完善，积极建设具有民族特色资源的专业课。同时为以后的生物学专业课程的学习和培养高素质的生物科学人才奠定基础。

（二）课程改革建设步骤

1.进一步改革教学方法和手段，努力钻研现代化教学手段，把教学质量提高到一个更高的新水平。我院从2007年至今全程使用多媒体授课，因此首先要制作完善细胞生物学多媒体教学课件，并探讨如何使用好多媒体课件进行教学的方法；不断地更新和补充各种细胞教学图片；加强教学中的启发性与互动性；并争取更多的在国内外学习的机会，提升新一代教师的素质。

2.随着我校本科生导师制的完善，以细胞生物学为基础，充分发挥教师在培养学生的科研能力和创新精神方面的作用。

3.联系国内其他先进学校的细胞生物学精品课的教师（如清华大学、北京大学、东北师范大学、四川大学等知名大学）进行交流，学习他们的经验，进一步提高我们细胞生物学教学的水平。

4.进行教材建设，这是一个重要环节，也是一个刻不容缓的改革。由于，我校民族特色，除了生命科学学院，蒙医药学院和医学院同样开设有细胞生物学，所以针对这些民族专业的细胞生物学课程没有相应的教材，我们将结合蒙药特色积极编写符合我校的新的细胞生物学教材和细胞生物学实验指导。

5.课程资源上网计划。近些年，很多大学都开设了网上资源，以供学生自由使用与学习。我校2007年，也将细胞生物学课程挂到了网上。比如“细胞生物学”教学大纲、多媒体教学课件和教材教参等已经上网。但仍需进一步改革完善。比如，

（1）加快和完善网络课程建设，探讨发挥网络教学的方法。

（2）准备开展在网上实时指导学生学习和进行一些问题的讨论。

细胞生物学研究的基本问题范文篇2

【关键词】，下腰痛

下腰痛(lowbackpain)给患者和社会带来了沉重的负担，据统计，70％~90％的人一生中会经受腰背痛的折磨，其中10%~20％会发展为慢性下腰痛。脊柱融合术至今仍是对经保守治疗无效的下腰痛患者所采取的一种标准治疗方法。近年来因椎间盘退变性疾病、腰椎不稳等原因接受脊柱融合手术的患者逐年增加，随着此类手术的广泛开展，其存在的问题也逐渐引起了人们的重视。其中最主要的是假关节发生率高、临床疗效不佳〔1〕。为了解决这些问题，人们从脊柱融合的生物学和生物力学等多方面进行了尝试，包括内固定器械的广泛应用及融合技术的改进等，Bono等对过去20年发表的文献综合分析，结果表明所有上述技术改进对融合率和临床疗效均无显著影响〔2〕。这些研究结果促使人们寻找新的研究方向，提高融合率。随后研究的重点逐渐集中在通过生物学方法改进骨移植材料方面。

基因工程和组织工程的发展为解决这一难题带来了希望。大多数研究者认为选择合适的骨生长因子基因、病毒载体、合适的组织工程种子细胞以及支架材料十分重要，相关的研究也多是围绕这些方面展开，并且取得了很多研究成果。

1骨生长因子及病毒载体

能够促进骨愈合及脊柱融合的生长因子很多，目前人们研究的主要有以下几种：转化生长因子β(TGFβ)、成纤维细胞生长因子(FGH)、胰岛素样生长因子(IGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)以及骨形态形成蛋白(bonemorphogeneticproteins，BMPs)等，由于上述生长因子均在骨愈合的不同阶段分泌，人们普遍认为这些因子具有潜在的促进骨愈合的能力，逐渐引起了研究者的重视〔3〕。TGFβ超家族成员BMPs已被证实能在骨愈合过程中诱导未分化的间质细胞增殖、分化，诱导骨再生，促进骨愈合；并且在细胞生长及骨形成过程中扮演关键的角色，因而一直处于研究的重点。在已发现的20余种BMPs中，BMP2、BMP4、BMP7(OP1)的骨诱导能力最强。它们形成软骨和新生骨，在促进成骨及脊柱融合的实验和临床研究中已取得了成功的经验。然而，由于BMP的释放速度与新骨生长速度不匹配，单纯应用BMP的效果尚未理想，因此，应有合适的载体来调节BMP的释放速度。应用基因工程技术将BMP基因重组入宿主细胞基因组中，使BMP获得持续的表达是这一领域中重要的突破方向，研究者正致力于寻找合适的基因工程方法使其在临床骨科疾病的治疗中发挥作用，这一领域的研究进展极大地促进了脊柱融合的研究。

目前有以下几种研究方向：一个研究方向是用原核表达系统进行表达。由于原核细胞内无蛋白质剪切加工系统和糖基化系统，因此BMPs表达产物以包涵体形式存在于细胞浆内，而不能分泌出胞。依据原核细胞的非分泌性表达来获得高产量、高活性的BMPs至今仍有技术难度。第二个研究方向是在真核细胞中进行BMPs的表达。由于真核细胞表达系统培养条件要求严格，分泌型蛋白表达水平低，因此生产成本高，不利于进行大规模生产，限制了从实验研究走向临床应用的发展。第三个研究方向是采用病毒重组技术获得BMPs的持续表达。

病毒重组技术是目前研究的重点和热点。逆转录病毒介导的基因转移技术在欧美已用于某些遗传性疾病和骨外疾病的基因治疗〔4〕。但它只整合入增殖期的靶细胞，插入突变的可能性较大，限制了其进一步应用。腺病毒载体具有较大的宿主范围，目前在基因治疗的研究中较多〔5〕。但重组腺病毒仅存在于细胞浆中而不能整合入靶细胞染色体，外源基因只能瞬时表达；而且它存在免疫原性以及野生型病毒污染的可能，安全性值得注意。这促使人们寻找其它更适合BMPs表达的病毒载体。在这种情况下，腺相关病毒(adenoassociatedvirosis，AAV)和慢病毒逐渐引起了人们的重视。人们研究发现AAV几乎可以感染所有已建立的体外细胞系，且野生型AAV对人类无致病性。AAV基因组可以整合入宿主细胞的基因组DNA中，保证了外源基因长期稳定表达；AAV末端重复序列中的转录元件方向不指向宿主DNA，插入突变的可能性很小；该病毒载体可整合入分裂及非分裂期细胞，宿主范围较宽〔6〕。Chen等对AAV在骨组织工程中的应用进行了很多有益的尝试，他首先发现AAVBMP2可以高效转染C2C12细胞，促进成骨，具有极好的应用前景〔7〕，随后他联合应用AAV及腺病毒表达BMP2基因，发现两者均可明显的促进成骨，且具有较好的协同作用，Ad可以促进AAV介导的BMP2的表达〔8〕。在此基础上，Chen等进行了更深入的研究，采用不同的目的基因――BMP4，构建AAVBMP4转染小鼠C2C12细胞，观察到明显的促进成骨作用〔9〕。

2种子细胞

种子细胞是组织工程学中的最重要、最基本的环节。作为骨组织工程学理想的种子细胞，应该具有以下特点：结构简单；取材容易，对机体损伤小；体外培养时增殖力强；自我更新，一定的条件下能向特定的方向分化；稳定表达成骨细胞表型；植入体内后能继续产生成骨活动；无致瘤性。建立一个能够持续、稳定表达目的基因的细胞系是组织工程骨治疗的关键。

人们对于自体骨组织及骨膜来源的骨髓细胞、成骨细胞研究的最早，其取材和培养方法也较为成熟，但取材困难、来源有限、易老化，限制了进一步应用。干细胞具有多向分化性，控制培养体系可向成骨细胞分化，是目前研究的热点。干细胞分为组织干细胞和胚胎干细胞；胚胎干细胞虽然具有很多优势。但面临很多伦理性及安全性问题，如致瘤性问题尚未解决；相对而言，组织干细胞可能是近期应用的最佳种子细胞来源〔10〕。其中研究最多的是骨髓间充质干细胞(BMSCs)和肌源性干细胞(MDSCs)。

BMSC是广泛存在于骨髓间质内的未分化间质干细胞，具有取材方便、易培养和多分化潜能等优点，曾被认为是一种理想的组织工程种子细胞。Riew等用腺病毒载体携带BMP2基因转染新西兰兔BMSC，与明胶海绵复合，植入兔L5~6横突间。术后2周，组织学检查即可见新骨形成；术后7周，横突间有明显的成熟骨小梁，而对照组则无新生骨形成〔11〕。

但是随着相关研究的深入，人们发现了BMSC存在的问题――基因转染效率较低，不利于BMP基因长期高效表达。人们开始致力于寻找一种更优的靶细胞，高效表达BMP类基因。肌源性细胞(MDCs)引起了研究者的关注，He等研究发现腺病毒介导的BMP2、4、6、7、9等基因可以高效转染成肌细胞系C2C12细胞，明显表达碱性磷酸酶(ALP)的活性，BMP5、8、10、11、12、13亦可引起C2C12细胞ALP的活性升高；而在多能性间充质祖细胞中，仅有BMP2、7、9可以诱导出明显的ALP活性，BMP4、7的作用较弱，其它则无此类作用〔2〕。Chen的研究也支持这一结论〔8~9〕。Rose等进一步比较了MDC和BMSC在转染BMP4基因诱导成骨中的作用。研究者分别应用逆转录病毒转染小鼠MDC和BMSC，用以表达BMP4，2组细胞分别植入鼠股骨骨缺损模型处，观察成骨情况，术后8周和12周2组均可观察到骨桥形成，但MDCBMP4组密度显著高于BMSCBMP4组，前者无骨不连发生(本组14只)，而后者发生骨不连者为6只(本组17只)；研究者认为MDC在骨缺损的治疗中要明显优于BMSC〔13〕。Wright等研究发现，包含BMP4基因的逆转录病毒可以高效转染MDSC，分泌高水平的功能性BMP4因子，在免疫活性小鼠的实验中，异体移植的MDSCs也可以诱导健康的新生骨形成，作者认为基于MDSCs的基因治疗技术在促进骨愈合上极具潜力〔14〕。Shen等比较了MDCs不同的亚群在诱导成骨中的作用，他们发现PP6中的MDSCs作用最强，为骨组织工程的发展寻找一种更加理想的靶细胞提供了可能〔15〕。MDSCs在骨组织工程中的作用，逐渐得到了人们的认同，对其研究得到了越来越多的重视〔16~20〕。

3生物支架材料

骨组织工程中理想的生物支架材料应满足以下特点：具有良好的生物相溶性和生物降解性，具有骨传导性和骨诱导性，具有一定的生物力学强度和刚度。目前应用的生物支架材料种类很多，主要包括天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类，各具优缺点。前者中常用的有脱钙骨基质(DBM)、胶原等，具有生物相溶性和生物降解性优良、利于细胞黏附生长、骨诱导性好等特点，是应用最广泛的生物支架，但是其生物强度较低，具有一定的免疫原性，限制了其进一步应用。后者常用的有PGA、PLA、PLGA、羟基磷灰石、磷酸三钙陶瓷等，这类材料普遍存在生物降解与组织形成速度不匹配，骨诱导性不佳等缺点，并非理想的生物载体。人们为了寻找一种理想的生物支架材料，进行了大量的研究。Martin等进行的一项研究，分别采用不同剂量的rhBMP2与不同载体复合，植入29只恒河猴L4~5横突间融合模型中。研究者发现在标准的BMP2作用剂量下，由于胶原海绵载体被压缩，从而阻碍了骨诱导，作者推测可能是由于组织间的挤压作用，BMP2被挤出了海绵载体；如果在胶原复合rhBMP2时，填充的时间足够长、对组织压缩采取了相应的机械保护，即使较低剂量的rhBMP2亦可以有效地促进骨诱导〔21〕。Usas等则通过比较4种不同的支架载体研究发现，一种新型的支架材料Gelfoam和胶原作为成骨性细胞的载体效率最高，且两者骨矿化成形作用模式相似，而Gelfoam克服了胶原存在的部分缺陷，是一种较为理想的支架材料，研究者结合异位成骨的相关研究结果认为Gelfoam是骨诱导支架的“金标准”〔22〕。

4基因治疗在脊柱融合中的作用

近年来，大量的研究证实了基因治疗促进脊柱融合的可行性。目前，多数学者采用BMP家族基因中的BMP2、BMP7进行促进脊柱融合的实验研究。Wang等用AdBMP2转染骨髓基质细胞，植入兔L4、5横突间，在所有应用BMP2组，术后4周均良好融合，组织学观察均可发现骨小梁形成，在未采用BMP2的所有对照组，仅有少量新生骨或者无新生骨形成；作者认为基因治疗的方法可以有效促进脊柱融合〔23〕。Jenis等研究表明BMP7(OP1)在脊柱融合早期可以促进成骨〔24〕。Sandhu等也认为BMP2、BMP7可以有效促进脊柱融合。新近的研究证实rhBMP4促进脊柱融合的作用强于rhBMP2，所需剂量仅为rhBMP2的十分之一，且成骨量与剂量成正相关，为BMP4在脊柱融合方面的应用提供了理论和实验基础。Guo等通过大鼠的脊柱融合动物模型证明，BMP4能促进非骨髓源性间充质干细胞分化成为成骨性细胞，进而促进局部成骨，提高脊柱后外侧融合的融合率〔25〕。李广恒等应用包含BMP4基因的腺病毒载体，转染兔BMSCs，高效表达BMP4因子，并植入兔横突间，有效促进了脊柱融合〔26〕。

5结论与展望

如何有效地促进脊柱融合，提高融合率和临床疗效，减少并发症，一直是脊柱外科医生难以解决的难题。基因治疗和组织工程的发展为解决这一难题带来了希望。人们对此进行了大量的研究，取得了一系列研究成果。通过基因治疗和组织工程方法构建的骨移植替代材料在动物实验中已经取得了良好的疗效，可以在脊柱融合部位长期高效稳定表达骨生长因子，有效地促进脊柱融合；Boden等在灵长类动物实验的基础上，已经成功地将NeOsteo及rhBMP2等因子应用于人体的临床实验，报告了极佳的临床疗效〔27〕。这些研究成果必将极大的促进相关研究的继续深入，为组织工程骨早日进入临床奠定了理论和实验研究的基础。

但是作者也注意到了目前存在大量尚待解决的问题。基因治疗的研究仍然停留在较低等动物的水平上，缺乏高等动物的相关研究，对于灵长类动物的研究目前还未见到基因水平上的报道；由于物种进化的复杂性和多样性，在低等动物身上证实有效的骨移植物并非一定能成功应用于较高级的动物，人们还需要应用灵长类实验动物来检验其功效。基因治疗的安全性还未得到有效验证，人们对其尚存很多争议；在其作用的有效剂量、效费比等相关问题上仍存在着较大分歧。目前在病毒载体、种子细胞、生物支架材料等各个方面，研究者尚未取得共识：病毒载体的安全性问题有待于进一步解决；如何寻找一种能够高效转染并且长期稳定表达目的基因的靶细胞也是研究者关注的热点问题；而研究中应用的生物支架载体均存在某些缺陷，目前尚无一种具有良好的生物相溶性和生物降解性、具有骨传导性和骨诱导性以及良好的生物力学强度和刚度的载体材料。上述这些问题限制了基因治疗和骨组织工程在脊柱融合中的进一步应用，人们必须进行长期艰苦的探索才能有效的解决这些问题。

尽管基因治疗还存在着很多问题，但其研究的兴起仍为脊柱融合的研究提供了一种全新的思路。人们有理由相信，随着相关研究的逐渐深入，人们一定会解决这些问题，为基因治疗在促进脊柱融合中的应用奠定良好的基础。

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细胞生物学研究的基本问题范文

关键词：高校；细胞生物学；教学；改革

细胞生物学是科学家们结合现代分子生物学理论要点，采用科学技术分析手段，分别从生物分子水平、细胞水平、组织水平等方面去研究细胞生命活动的主要规律。经过多年的长期发展，我国科学家们通过不断对细胞生物进行分析与研究，最终在生命科学领域获得许多重大发现，推动了我国生物学、医药学、农林业学、畜牧学等的发展。随着细胞生物学研究成果的不断发现，高校细胞生物学课程内容也随之更新，为了更好地调动学生的学习积极性，让学生在简短的课堂教学时间中掌握更深入的细胞生物学知识，对细胞生物学教学方法进行改革创新刻不容缓。

一、高校细胞生物学教学改革实践分析

（一）适当取舍，合理突出教学重点

随着科学文化的不断发展，细胞生物学与不同学科之间的教学内容在不断充实完善的同时也出现了一定程度的重叠，由于不同学科在教学安排上有先后之分，因此，教师如何有效避免与先行课程的教学内容重复，又能为后续课程留有余地，合理突出教学重点，成为每个细胞生物学教师必须解决的重要问题。针对此，教师必须科学制定教学大纲，合理划分与其他学科的教学内容，根据教学内容的难易程度制定教学计划。

例如，细胞周期调控的遗传基础内容是现今细胞生物学的研究热点内容，学生对这方面的内容也较为感兴趣，但由于学校之前已经开设过遗传学、生物化学等课程，为了避免教学内容重复累赘，提高教学成效，本人在授课时侧重讲解CAD基因的实验操作、原癌基因的发现和基本调节功能、常见抑癌基因的调节等内容，便于学生对生物细胞的功能及其内部关系有一个系统而全面的认识。

（二）优化教学，采用多种教学方法

为进一步培养学生的问题分析和解决能力，本人在细胞生物学课程教学过程中会采用多种教学方法来激发学生的学习热情，促使学生主动投入到学习中，有效提升教学质量。

1.多媒体教学法。细胞生物学中涉及较多知识繁杂的抽象理论，学生在学习时难免会觉得抽象难懂，甚至会感到很大的学习压力。为更好地让学生学习掌握各个知识点，本人在教学中会借助多媒体设备辅助教学，制作和编辑大量的多媒体图片和动画，帮助学生梳理各个知识点。例如，在讲到“细胞信号转导”的相关内容时，本人制作了关于细胞信号通路与分子间作用的教学PPT，使复杂的知识点更为简化，学生也容易归纳知识重点难点，达到良好的教学效果。

2.讨论式教学法。个体生物的遗传到变异、生理到病理都与细胞的生长发育情况密切相关，为加深学生对细胞生物学课程的兴趣，本人在教学课程中增加了6个课时的讨论课，要求学生根据教师给的议题分组进行讨论，最后统一结论后在课堂上总结展示各组的讨论成果。例如学生曾经参与过“光合作用对人类未来粮食影响的问题探讨”、“探究细胞信号传导与环境的适应性”、“生物克隆对人体遗传及生物伦理的影响”等讨论议题，学生通过分组协作讨论能充分调动学生的积极性，各组自主查阅文献资料、制作PPT展示成果、课堂成果汇报等工作，最后由教师作出综合评价，不仅能有效培养学生的口头表达能力和问题探索能力，还能培养学生的团队协作精神，促进学生综合素质的有效提高。

3.探究式教学法。细胞生物学的理论思想是建立在无数的实验探索之上的，因此，教材中也列举了许多经典实验。在细胞生物学教学过程中，本人注重讲解探究性实验的设计原理和操作过程，进而引导学生自主分析、总结和归纳实验的意义，培养学生的探究能力和逻辑思维能力。课后本人會积极鼓励学生参与到本人的植物细胞组织培养科研项目中，引导学生自主完成一些基本的探究实验环节，并将科研问题带到课堂上进行深入探究和分析，全面激发学生的自主学习兴趣，加深学生对理论知识的理解。

（三）围绕重点，推进实验教学改革

细胞生物学是一门注重理论与实践相结合的应用型学科，因此，本人在教学课程中会适当增加实验环节，一方面能激发学生的学习兴趣，满足学生对新知识的探索需求，另一方面又能加深学生对知识点的认识和理解。

例如，在进行免疫荧光法显示细胞骨架实验时，本人不仅在实验过程中引导学生掌握细胞骨架在细胞的分布情况，同时也让学生巩固了荧光显微镜的作用原理和使用方法，让学生在动手操作中加深知识印象。为充分培养学生的科研探索精神，本人在细胞骨架显示实验中，要求学生细心观察细胞的生长发育情况和培养基的颜色变化特征，同时要求学生要仔细观察被污染的细胞培养情况，加强学生对“无菌培养”的认识。此外，本人还要求学生分组合作，共同完成一份细菌培养观察报告，要求学生详细记录细胞从单个悬浮状态至贴壁的形态变化，并根据这个过程提出自己的疑问，逐步培养学生的科研严谨思维和求真务实的科研态度。

二、结束语

总而言之，细胞生物学已成为生物学、医药学、农林业学、畜牧学等专业的基础课程，为有效提高教学质量，教师必须结合学生的专业特色和学科发展要求，认真研究教学内容，根据教学实践不断改进教学方法，逐步优化教学评价手段，同时充分培养学生的创新思维能力，将学生培养成为综合性应用型专业人才。

参考文献：

[1]金朝霞，肖萍，曹芳，张宗申.以培养创新人才为目标的细胞生物学教学模式探索[J].教育教学论坛，2015（29）：114-115.