动物细胞工程学的研究范畴

生物工程（Bioengineering也称biotechnology或bioprocess）是在生命科学发展的一定阶段诞生的学科，动物细胞工程是生物工程学科的重要分支;但是在近二、三十年来，随着动物生物学科学理论的完善和科学技术的创新，动物细胞工程在理论、技术及实际应用上，已成为一个具有自身特点的系统的科学工程。也是生命科学基础理论和应用技术紧密结合的新型学科。动物细胞工程学主要涉及实验动物细胞工程学，农业动物细胞工程学，野生动物细胞工程学，有的学者将部分水生动物也列入了动物细胞工程学的研究范围。实验动物细胞工程实验动物细胞工程（experimentalanimalcellengineering）主要以啮齿动物如小鼠、大鼠、仓鼠和家兔等为实验材料或模式动物，建立动物模型，开展的细胞工程学的基本理论和技术或方法等研究。农业动物细胞工程农业动物细胞工程（agriculturalanimalcellengineering）或家畜细胞工程（domesticanimalcellengineering）主要以大型家畜如牛、绵羊、猪、山羊、水牛、马和驼，甚至包括家养宠物狗和猫等为研究对象，针对生物工程技术在家畜生产中更为实际的应用而开展的理论和技术的研究。动物细胞、组织和器官的培养（animalcell，tissueororganculture）指将分离自动物机体各部分的细胞、组织块或整个器官，用专用的培养基和培养箱进行体外培养（invitroculture），抑或进行体内培养（invivoculture）。动物细胞、组织和器官的培养技术在人类医学临床治疗上发挥了巨大的作用，具有广阔的应用前景。动物细胞的融合（animalcellfusion）指借助于化学的或物理的方法，通过改变细胞膜的结构进而改变其生物学特性即膜通透性，使两个细胞或多个不同的细胞融合为一个细胞。细胞的融合技术广泛应用于细胞生物学、免疫学、遗传学、病毒学、微生物学和医学等不同领域的基础研究和实践应用。在动物上多用于产生杂种细胞，制备单克隆抗体，制备克隆动物等。细胞融合技术还用于产生异种核质的杂种细胞，用以研究细胞的核质关系。动物染色体工程（animalchromosomeengineering）指采用化学的或物理的方法，按照人的意图，有目标地改变细胞内染色体的数目、结构或成分的一种技术。染色体工程可用于动物新品种或品系的培育，在家畜遗传育种研究领域具有重要的科学和实用价值。如在绵羊的育种中，利用在自然条件下诱发的染色体突变所产生的绵羊的短腿性状。染色体工程在植物和水生动物的新品种培育上得到了更为广泛的应用，获得了许多多倍体高性能的新品种。动物干细胞工程（animalstemcellengineering）指利用干细胞的生物学特性，按照人的意图，借助于化学的、物理的或生物的方法，定向诱导分化，产生机体各种功能细胞或组织的生物工程技术。干细胞(stemcell)具有自我更新和持续增殖能力及多种分化潜能。它包括胚胎干细胞(Embryonicstemcells,ES)和成体干细胞（somaticstemcells）和肿瘤干细胞（tumorstemcell）。干细胞工程技术主要用于生物学、医学、遗传学、发育生物学、细胞生物学、胚胎学、生殖学、神经生物学和育种学等诸多基础研究和应用研究领域。由于干细胞具有分化为多种功能细胞的特性，使其在人类医学、基因治疗、发育调控等领域显现出了重要的科学意义和广泛的应用前景，因此越来越受到重视。转基因动物（transgenicanimal）是指借助生物的、化学的或物理的方法，将外源目的基因注入到动物早期胚胎细胞内，或将外源目的基因转染到体细胞内，再通过体细胞克隆动物技术构建胚胎，最终产生带有该目的基因的动物个体的技术。该技术用于生物学、农业、生物医学、免疫学等研究，也常用于动物的遗传育种研究和生产领域，试图获得人类所需的转基因产品，如培育抗某种疾病的家畜品种，或生产某种产品的专用家畜、转基因鱼，或生产贵重医用药物蛋白等。在生物学研究领域，转入或剔除某一基因以研究其表达和调节等生物学功能或作用机制，已成为重要的研究技术手段。动物生物反应器（animalbioreactor）指利用动物的某种细胞、组织或器官作为反应生成的载体，生产人类需要的生物制品。一个动物体就相当于一个生物工厂。譬如利用乳腺生物反应器或血液生物反应器生产具有生物活性的人凝血因子、促红细胞生成素、抗胰蛋白酶等医用蛋白，或提高动物乳汁中的乳蛋白等食用蛋白。根据人类的意图，利用转基因动物技术制作高表达的动物生物反应器，生产特定的转基因生物制品，具有很大的商业价值，将成为未来医药工业或食品生产的重要途径。动物胚胎工程（animalembryoengineering）也称胚胎生物工程，指对配子或胚胎进行人为的干预，改变其自然状态下的生殖、生长发育模式的一系列操作技术。严格地分它可分成配子操作和胚胎操作两个层次。前者主要包括配子即精子和卵子的人工采集、体外保存、体外获能、性别（XY）精子分离、超数排卵（superovulation）、卵母细胞的体外成熟（invitromaturation，IVM）等操作过程。后者包括体外授精、胚胎收集、体外发育、性别鉴定、胚胎保存、胚胎嵌合、胚胎分割、胚胎移植等操作。胚胎工程技术广泛用于生殖生物学、胚胎学、发育生物学、遗传育种学和生殖医学的研究应用，并成为这些研究领域的重要技术手段。从本世纪的三十年代起，该技术就逐步成功地应用于畜牧业生产，尤其是在优良种畜的引进、品种的保存、种畜的迅速扩繁、品种的改良和濒危动物的保护等方面发挥了极其重要的作用，极大地提高了畜牧生产的科技水平，产生了巨大的经济效益和社会效益。胚胎工程技术在人类的人工辅助生殖方面也得到了广泛的应用。利用超数排卵、体外授精（invitrofertilization，IVF）、体外发育（invitrodevelopment，IVD）和胚胎移植（embryotransfer，ET）技术，在世界上诞生了成千上万的试管婴儿，克服了部分因生殖障碍而导致的不育不孕，有效地提高了人口的优生优育水平，促进了人类的生殖健康。动物克隆技术（animalcloningtechnology）也称核移植（nucleartransfer）技术。指动物的无性繁殖技术，即不经过雌雄两性的性结合，通过细胞培养和显微操作（micromanipulation）等系列技术，使动物个体产生与其自身表型相同和性能一致的后代。根据所由细胞来源的不同，可分为体细胞克隆动物（somaticcell-clonedanimal）和胚胎细胞克隆动物（embryoniccell-clonedanimal）。动物克隆技术用于生物学、生殖学、遗传学和育种学等研究领域，在拯救和保护濒危动物，尤其是珍贵遗传资源的保存及畜牧业生产中的应用方面展现了光明的前景。在人类的临床医学治疗领域也具有重要的研究和潜在的应用价值，如利用克隆技术即治疗性克隆（therapeuticcloning）产生人的早期胚胎，从其中分离胚胎干细胞，以用于人的疾病治疗。这项技术是目前生物工程领域最前沿的技术之一，倍受社会的关注。虽已成功地诞生了诸多克隆动物后代，但在人的克隆问题上，各国政府都通过立法或声明明确禁止克隆人，即生殖性克隆（reproductivecloning）。不过许多国家的政府和科学家有条件地支持治疗性克隆，即通过克隆产生人的早期囊胚（blastocyst），分离胚胎干细胞，用于人类的疾病研究和临床治疗。（adultcellstransformtostemcellsorretrodifferentiation）指用物理的、生物的或化学的方法，将动物终端分化的功能细胞转移到干细胞的胞质内，使其去分化，失去原有的生物学功能，并再转变为干细胞，重新回转到干细胞状态。这项新技术首次由美国哈佛大学的研究人员WilliamJ.Cromie于2005年报道获得成功，并称之为“遗传时钟的倒转（geneticclockrewound）”。现在有关实验室也已开始立项研究，但该技术还不完全成熟，仍处于实验室研究阶段。不过可以预见，若该技术完全成熟，将对生物学、生物医学、遗传学、细胞生物学、发育生物学等相关学科的研究产生重大影响。