“制備診療乳腺癌的抗p185單克隆抗體”項目式學(xué)習(xí)

摘 要：項目式學(xué)習(xí)有助于促進(jìn)學(xué)生對概念的深層理解，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力與創(chuàng)新意識。本文遵循項目式學(xué)習(xí)開發(fā)流程，從“乳腺癌”情境出發(fā)，提出藥物開發(fā)需求，進(jìn)而以問題為驅(qū)動，讓學(xué)生模擬體驗藥物工程師的工作，逐步完成“抗p185單克隆抗體—藥物”偶聯(lián)物的設(shè)計方案，發(fā)展學(xué)生產(chǎn)品設(shè)計能力并使其認(rèn)同生物技術(shù)發(fā)展對醫(yī)療產(chǎn)生的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：診療乳腺癌；單克隆抗體；項目式學(xué)習(xí)

文章編號：1003-7586（2024）11-0075-04 中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出，關(guān)注信息化環(huán)境下的教學(xué)改革，關(guān)注學(xué)生個性化、多樣化的學(xué)習(xí)和發(fā)展需求，促進(jìn)人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變，著力發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。項目式學(xué)習(xí)中所強(qiáng)調(diào)的“真實(shí)情境”“問題驅(qū)動”“合作探究”“產(chǎn)品導(dǎo)向”等要素與《課程標(biāo)準(zhǔn)》的理念貼合，是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要策略。本文以“乳腺癌的危害”這一真實(shí)情境引出“如何開發(fā)出能靶向診療乳腺癌的藥物？”的核心問題，進(jìn)而讓學(xué)生模擬體驗藥物工程師的工作，在問題的驅(qū)動下自主完成“抗p185單克隆抗體—藥物”偶聯(lián)物（ADC）的設(shè)計方案，促進(jìn)學(xué)生對“單克隆技術(shù)流程、原理與應(yīng)用”的深入理解，提升學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新意識。

1 項目式學(xué)習(xí)

項目式學(xué)習(xí)是一種學(xué)生圍繞真實(shí)、復(fù)雜的情境主題，在問題的驅(qū)動下完成一系列設(shè)計、計劃、問題解決、決策、作品創(chuàng)建等學(xué)習(xí)任務(wù)，自主開展探究活動，最終達(dá)到知識構(gòu)建與能力提升的一種教學(xué)模式。^［1］項目式學(xué)習(xí)有助于促進(jìn)學(xué)生對概念和原理的深層次理解，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力與創(chuàng)新意識，實(shí)現(xiàn)學(xué)生從“被動接受”到“主動探索”的有效轉(zhuǎn)變。^［2］項目式學(xué)習(xí)一般包括項目設(shè)計、項目實(shí)施、項目評價三個環(huán)節(jié)^［3］，三者構(gòu)成一個閉環(huán)，推動項目設(shè)計的不斷完善（見圖1）。本文遵循該流程進(jìn)行“制備診療乳腺癌的抗p185單克隆抗體（以下簡稱‘抗體’）”項目式學(xué)習(xí)的開發(fā)，以提升學(xué)生的問題解決能力與創(chuàng)新意識。

2 項目設(shè)計

2.1 項目主題確定

乳腺癌是目前女性惡性腫瘤發(fā)病率較高的癌癥，其診療是當(dāng)下醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)，與全世界女性的身體健康密切相關(guān)。本文以“乳腺癌”這一真實(shí)情境引出“診療乳腺癌”主題，并讓學(xué)生嘗試模擬體驗藥物工程師的工作，設(shè)計出針對乳腺癌的靶向治療藥物，以提升學(xué)生的問題解決能力。

本文主要涉及人教版普通高中教科書《生物學(xué)·選擇性必修3·生物技術(shù)與工程》第2章第2節(jié)“動物細(xì)胞融合技術(shù)及單克隆抗體”的內(nèi)容，對應(yīng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的次位概念“4.2.3 闡明動物細(xì)胞融合是通過物理、化學(xué)或生物學(xué)等手段，使兩個或多個細(xì)胞結(jié)合形成一個細(xì)胞的過程”與“4.2.4 概述細(xì)胞融合技術(shù)是單克隆抗體制備的重要技術(shù)”。該部分內(nèi)容與免疫、細(xì)胞融合等技術(shù)聯(lián)系緊密，是現(xiàn)代生物技術(shù)在細(xì)胞研究、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用的重要體現(xiàn)。

2.2 項目教學(xué)目標(biāo)

（1）能應(yīng)用結(jié)構(gòu)與功能觀，提出“選用能產(chǎn)生特定抗體的活化B淋巴細(xì)胞與能不斷分裂的骨髓瘤細(xì)胞相融合，以制備抗體”的方案基本思路。

（2）能參與“模擬細(xì)胞融合”“篩選水寶寶”等探究活動，并完成以“制備抗體”為核心的一系列藥物設(shè)計方案，提升問題解決能力與創(chuàng)新意識。

（3）能認(rèn)識單克隆抗體的三大應(yīng)用——治療疾病、疾病診斷及運(yùn)載藥物，認(rèn)同生物技術(shù)對人類健康問題的貢獻(xiàn)，樹立健康生活意識。

2.3 項目問題與活動設(shè)計

筆者在項目中以“診療乳腺癌”為主題，提出“如何開發(fā)出能靶向診療乳腺癌的藥物？”的核心問題，明確項目產(chǎn)品，進(jìn)而設(shè)計一系列問題與活動，讓學(xué)生模擬體驗藥物工程師的工作，自主完成從“B淋巴細(xì)胞活化”到“抗體應(yīng)用”的藥物方案設(shè)計，具體項目內(nèi)容如表1所示。

3 項目實(shí)施

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，明確項目主題

教師播放“乳腺癌的危害”視頻，創(chuàng)設(shè)情境，引出本項目的核心問題：假如你是某醫(yī)藥公司的工程師，如何設(shè)計出一種能夠靶向診療乳腺癌的藥物產(chǎn)品？

教師通過“乳腺癌是女性發(fā)病率最高的惡性腫瘤”這一真實(shí)問題情境，讓學(xué)生感受到“診療乳腺癌”的社會需求，激發(fā)學(xué)生開發(fā)藥物的學(xué)習(xí)熱情，從而讓學(xué)生模擬體驗藥物工程師的工作，開展藥物方案設(shè)計。

3.2 問題驅(qū)動，提出初步設(shè)想

教師提供資料：HER2是一種原癌基因，約有20％～30％的乳腺癌細(xì)胞中的HER2及其蛋白產(chǎn)物p185蛋白會高表達(dá)^［4］；骨髓瘤細(xì)胞具有易融合及無限增殖等特點(diǎn)。之后教師設(shè)置問題串：①如何識別乳腺癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向治療？②傳統(tǒng)方法如何獲取抗體？③單個活化的B淋巴細(xì)胞能產(chǎn)生幾種抗體？能否無限增殖？④如何獲得既能分泌單一抗體又能大量增殖的細(xì)胞？

學(xué)生結(jié)合資料和問題①，意識到可用“抗體”識別乳腺癌細(xì)胞。隨后，學(xué)生通過對問題②和③進(jìn)行探討，認(rèn)識到傳統(tǒng)方法成本高，B淋巴細(xì)胞易死亡，難以獲得充足的抗體，并在資料啟發(fā)下提出“應(yīng)用動物細(xì)胞融合技術(shù)將活化后的B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合，獲得既能分泌抗體，又能無限增殖的細(xì)胞來獲取大量抗體”的初步設(shè)想。

3.3 逐步探究，形成產(chǎn)品方案

教師在學(xué)生設(shè)想的基礎(chǔ)上設(shè)置問題串，從而幫助學(xué)生將想法轉(zhuǎn)化為具體可行的方案：①如何獲取能產(chǎn)生抗體的B淋巴細(xì)胞？②如何將B淋巴細(xì)胞與骨髓瘤細(xì)胞融合？誘導(dǎo)細(xì)胞融合后，培養(yǎng)液中將會出現(xiàn)哪些類型的細(xì)胞？③如何篩選出能產(chǎn)生抗體的骨髓瘤雜交細(xì)胞？

3.3.1 淋巴B細(xì)胞的活化

針對問題①，學(xué)生根據(jù)已有的免疫學(xué)相關(guān)知識，結(jié)合“B淋巴細(xì)胞主要存儲于脾等免疫器官”資料，提出“向?qū)嶒炇笞⑸鋚185蛋白，一段時間后從小鼠的脾中抽取活化的B淋巴細(xì)胞”的想法。教師進(jìn)一步提問：“此時抽取的B淋巴細(xì)胞是否都能產(chǎn)生抗體？”從而讓學(xué)生理解抽取到的B淋巴細(xì)胞并非只有一種。

3.3.2 細(xì)胞的融合

針對問題②，學(xué)生遷移應(yīng)用植物體細(xì)胞雜交技術(shù)，提出PEG融合法、電融合法和滅活病毒誘導(dǎo)法等多種不同的細(xì)胞融合方法，并思考“與植物體細(xì)胞雜交相比，動物細(xì)胞雜交缺少哪個環(huán)節(jié)？”的問題。

3.3.3 雜交瘤細(xì)胞的篩選

針對問題③，教師提供物理模型模擬演示：以黃色球代表骨髓瘤細(xì)胞，以藍(lán)色球代表B淋巴細(xì)胞，并在其上分別標(biāo)注“抗p185、1、2、3”表示四種不同活化狀態(tài)的B淋巴細(xì)胞。教師向開口大紙盒放入黃球、四種籃球若干，球內(nèi)均裝有磁鐵，搖動紙盒以模擬動物細(xì)胞融合的過程，最后展示融合結(jié)果。

學(xué)生據(jù)模擬實(shí)驗認(rèn)識到可能出現(xiàn)“B細(xì)胞、B細(xì)胞—B細(xì)胞、瘤細(xì)胞、瘤細(xì)胞—瘤細(xì)胞、B細(xì)胞（抗p185）—瘤細(xì)胞、B細(xì)胞（1）—瘤細(xì)胞”等多種融合結(jié)果，因此需要對融合結(jié)果進(jìn)行篩選。

教師提供資料：B細(xì)胞、B細(xì)胞—B細(xì)胞會隨著培養(yǎng)時間的延長而逐步死亡；DNA復(fù)制所需的核苷酸有全合成途徑和補(bǔ)救合成途徑兩種。^［5］

學(xué)生分析、討論上述資料，提出利用延長培養(yǎng)時間的方法殺死B細(xì)胞、B細(xì)胞—B細(xì)胞；向培養(yǎng)基中加入氨基喋呤（抑制全合成途徑）、次黃嘌呤與胸腺嘧啶核苷（保證雜交瘤細(xì)胞能進(jìn)行補(bǔ)救途徑），從而去除瘤細(xì)胞、瘤細(xì)胞—瘤細(xì)胞，即設(shè)計并嘗試闡述HAT培養(yǎng)基篩選雜交瘤細(xì)胞的原理與應(yīng)用。

3.3.4 抗p185雜交瘤細(xì)胞的篩選

教師提問：HAT培養(yǎng)基上生長的雜交瘤細(xì)胞是否能產(chǎn)抗p185的抗體？學(xué)生結(jié)合模擬實(shí)驗結(jié)果認(rèn)識到雜交瘤細(xì)胞還有B細(xì)胞（抗p185）—瘤細(xì)胞、B細(xì)胞（1）—瘤細(xì)胞等多種組合，教師進(jìn)而提出疑問：如何進(jìn)一步篩選？

針對上述疑問，教師準(zhǔn)備如下物理模型：紅色“水寶寶”代表產(chǎn)抗體的雜交瘤細(xì)胞（數(shù)目相對較少），其他顏色“水寶寶”代表能產(chǎn)其他抗體的雜交瘤細(xì)胞，足量自來水代表細(xì)胞培養(yǎng)液，以及不同體積的透明燒杯若干。教師利用上述材料模擬“有限稀釋法”的操作流程，把微觀問題宏觀化展示。

教師提出問題：聯(lián)系稀釋涂布平板法的原理，如何從種類繁多的“水寶寶”中篩選出數(shù)量相對較少的紅色“水寶寶”？學(xué)生分組討論并由代表嘗試操作，逐步進(jìn)行梯度稀釋，直到某一塑料杯中全為紅色“水寶寶”，模擬稀釋雜交瘤細(xì)胞并進(jìn)行克隆化培養(yǎng)的過程。

教師進(jìn)一步提出問題：以上操作是根據(jù)顏色將紅色“水寶寶”篩選出來，實(shí)際上產(chǎn)生抗體的雜交瘤細(xì)胞沒有特殊顏色，又該如何篩選？學(xué)生聯(lián)想到抗體與抗原特異性結(jié)合的原理，可選用熒光標(biāo)記的p185蛋白作為抗原，進(jìn)而篩選出抗體檢測呈陽性的雜交瘤細(xì)胞。

教師展示96孔細(xì)胞培養(yǎng)板，簡要介紹“有限稀釋法”，并總結(jié)：進(jìn)行雜交瘤細(xì)胞的克隆化培養(yǎng)和抗體檢測，重復(fù)多次后即可篩選出產(chǎn)生抗體的雜交瘤細(xì)胞。

3.3.5 單克隆抗體的制備

教師提出問題：如何讓雜交瘤細(xì)胞大量增殖并提取單克隆抗體？學(xué)生聯(lián)系動物細(xì)胞體外培養(yǎng)的相關(guān)知識，提出“在細(xì)胞培養(yǎng)液中獲取單克隆抗體”的方法。教師進(jìn)一步提問：該抗體能否重新注射回動物體內(nèi)？注射回動物體內(nèi)會遇到什么問題？

教師進(jìn)一步補(bǔ)充資料：異十八烷能有效抑制小鼠腹腔巨噬細(xì)胞及淋巴細(xì)胞的免疫功能，使小鼠組織易于接納雜交瘤細(xì)胞，并促進(jìn)腹水產(chǎn)生，大多單克隆抗體都是通過這種方法獲取的。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：為何大多數(shù)單克隆抗體往往采用動物體內(nèi)培養(yǎng)？與體外培養(yǎng)相比，動物體內(nèi)培養(yǎng)有何優(yōu)點(diǎn)？學(xué)生通過探討認(rèn)識到動物體內(nèi)培養(yǎng)具有“不用配制特定培養(yǎng)基”“不用考慮外界嚴(yán)格條件”等優(yōu)勢。

3.3.6 形成產(chǎn)品方案

學(xué)生總結(jié)并繪制抗體制備流程圖（見圖2），并進(jìn)行交流評價。

3.4 回歸情境，探討實(shí)踐應(yīng)用

教師播放視頻，介紹我國自主研發(fā)的第一種治療乳腺癌的抗體—藥物偶聯(lián)物“RC48”，提出問題：怎樣利用抗體設(shè)計類似RC48的ADC藥物或其他與乳腺癌相關(guān)的產(chǎn)品？隨后，教師展示以下資料：①單克隆抗體可以通過接頭與放射性核素、細(xì)胞毒素、熒光素以及藥物結(jié)合使用；②乳腺癌可用放射性核素放療，但同時會殺死正常細(xì)胞；③紫杉醇常用于乳腺癌的治療，研究表明該藥物在靶向治療條件下效果更好。

各組學(xué)生通過閱讀和分析資料，并利用各色彩出設(shè)計組裝出類似RC48的偶聯(lián)物模型，展示產(chǎn)品設(shè)計，并模擬產(chǎn)品推廣活動，介紹其組成及抗癌原理、優(yōu)勢等。例如，同位素或熒光標(biāo)記的單克隆抗體可區(qū)分正常細(xì)胞和癌細(xì)胞以診斷腫瘤位置；大分子抗體直接用于乳腺癌的化療；抗體—紫杉醇偶聯(lián)物用于化療；抗體—放射性核素偶聯(lián)物用于放療等。教師通過開展該活動，將抽象的理論知識轉(zhuǎn)化為形象、直觀的物理模型，發(fā)展了學(xué)生的動手操作能力和對所學(xué)知識的遷移與應(yīng)用能力。

4 項目評價

評價一：結(jié)合資料，嘗試寫出有效殺傷癌細(xì)胞的雙特異性抗體的作用原理并簡要介紹生產(chǎn)流程。

教師通過該評價方式，推動學(xué)生將所學(xué)知識進(jìn)行串聯(lián)，形成完整知識體系，并能靈活運(yùn)用于解決較為復(fù)雜的問題，有效培養(yǎng)學(xué)生的知識整合與應(yīng)用能力。

評價二：各小組以單克隆抗體在臨床上的應(yīng)用為主題，寫一篇應(yīng)用單克隆抗體診療癌癥的研究報告，形式不限，紙質(zhì)論文、電子板報均可。

教師通過該評價方式，推動學(xué)生課下團(tuán)隊合作，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊意識和自主學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。

5 總結(jié)與反思

項目式學(xué)習(xí)是促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的重要途徑，能夠賦予學(xué)生更多學(xué)習(xí)自主權(quán)。本項目將“制備抗p185蛋白的單克隆抗體以開發(fā)診療乳腺癌的藥物”作為真實(shí)情境貫穿始終，為學(xué)生創(chuàng)造沉浸式的學(xué)習(xí)體驗，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。教師在教學(xué)中以學(xué)生為主體，將陳述性的知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生要探究和思考的內(nèi)容，通過任務(wù)驅(qū)動式學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的主動性和參與度，也促進(jìn)了學(xué)生由低階思維向高階思維發(fā)展。該項目式學(xué)習(xí)從情境的選擇、半開放式的活動設(shè)計、多層次問題串的引領(lǐng)和引導(dǎo)性資料的輔助四個方面，使生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中得以充分滲透。

參考文獻(xiàn)

［1］楊明全.核心素養(yǎng)時代的項目式學(xué)習(xí)：內(nèi)涵重塑與價值重建［J］.課程·教材·教法，2021，41（2）：57-63.

［2］胡紅杏.項目式學(xué)習(xí)：培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)活動［J］.蘭州大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2017，45（6）：165-172.

［3］李志河，張麗梅.近十年我國項目式學(xué)習(xí)研究綜述［J］.中國教育信息化，2017（16）：52-55.

［4］劉繼斌，沈康，張一心.p185蛋白及其抗體與乳腺癌的關(guān)系［J］.腫瘤基礎(chǔ)與臨床，2010，23（4）：368-369.

［5］劉怡昀.關(guān)于“制備單克隆抗體”一節(jié)的設(shè)問式教學(xué)設(shè)計［J］. 中學(xué)生物學(xué)， 2007（4）：23-24.