促进创伤愈合的制剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可以促进创伤愈合的制剂及其制备方法。
背景技术
创伤愈合是医学领域中古老而重要的课题之一。皮肤作为一种特殊的器官,是人类与外界接触的第一道屏障,在创伤愈合中起着不容忽视的作用。创伤愈合包括毛细血管再生、纤维蛋白充填、细胞增殖和组织塑形3个基本过程,进而由增生的细胞和细胞间质,充填、连接或代替缺损的组织。血液中的中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞受创伤区趋化因子趋化和细胞因子、生长因子、缺氧环境等刺激,穿过血管壁到达创面,再生血运途径,促进创面愈合,而参与创面愈合的成纤维细胞则是由创面底部或边缘的间充质细胞或成纤维细胞演化而米的。
随着组织工程的拓展,应用干细胞技术可望为创伤修复提供新的手段。从理论上讲,干细胞可以用于各种疾病的治疗,尤其是其具有的促进血管再生和器官功能恢复的特殊功效,在涉及血管疾病,血运重建及创伤愈合的治疗中有着巨大潜力。
然而,现阶段一系列技术和应用上的不足极大的限制了干细胞疗法在临床上的进一步推广和应用,这些限制包括并不局限于:(1)此类干细胞在骨髓及血液中的极低含量(大约0.01%);(2)此类细胞疗法所需细胞的极大数量(1×105-1×106个/千克体重);(3)细胞移植入体内后的极低存活率和存活细胞的实际效率(低于10%);以及(4)患者自体干细胞因慢性疾病及长期大量心血管危险因子的影响所导致的功能失常。
基于上述事实,特别是现有的干细胞疗法应用于临床时的缺陷和不足,有必要提供更为有效、普适的促进创伤愈合的药物,以改善现有的相关药物的临床治疗状况。
血管内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPC)是调节和诱导新血管生成的主要干细胞亚类。动物体内实验数据表明,EPC参与血管生成及内皮细胞的增殖过程主要有(1)少量细胞分化为成熟的内皮细胞,形成新的血管内壁以及(2)大部分细胞分泌出大量促血管新生的生长因子和细胞活素,激发缺血组织内部的内皮细胞,平滑肌细胞,壁细胞及其他干细胞亚群及祖细胞亚群共同参与新血管的形成。事实上,EPC在本身可以参与到创面组织分化的同时,也分泌多种与创面愈合有关的细胞因子和生长因子,例如TGF-β、G-GSF、IL-6、TNF-α等等,而此类EPC在创面愈合过程中分泌出的生长因子和细胞活素,可借由EPC在体外特定环境中所分泌的条件培养基中获得,并完全可能将其应用于受损创面的修复和再生,从而恢复创口组织的相应功能。因此,EPC在体外人工环境中分泌的促进创伤愈合的生长因子和细胞活素在临床上有巨大的潜力,可以作为干细胞疗法的有效替代品或辅助药物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效的促进创伤愈合的制剂,用于克服现有药物的不足,为临床促进创伤愈合的治疗提供一种新的治疗药物。
本发明的目的还在于提供一种制备能够有效的促进创伤愈合的制剂的方法,该方法步骤为:
1)从健康人血液中通过密度梯度离心的方法或白细胞置换(leukapheresis)获取外周血单核细胞,或从骨髓中通过密度梯度离心的方法获取骨髓单核细胞;
2)培养单核细胞以获得EPC细胞;
3)在特定条件下培养EPC细胞使其分泌促血管生成的生长因子和细胞活素,分离EPC细胞和培养基,获得富含促血管生成因子和细胞活素的无细胞培养基;
4)对步骤3)中所获得的无细胞培养基进行后处理,该后处理步骤包括:过滤细胞碎片、纯化该无细胞培养基、检测各有效生长因子的成分及含量、对该培养基进行冻干处理或冷冻保存,即获得促进创伤愈合制剂。
本发明所述制备能够有效的促进创伤愈合的制剂的方法中,步骤1)所述的健康人血液的来源可以是自体来源(仅局限于无症状的轻度外周闭塞性动脉疾病)或异体来源,获得途径可以是直接抽血,或由血库直接购买的健康人白细胞悬液样本,或通过临床白细胞置换。血液提供者的限制范围为50岁以下,无烟酒史,无传染性疾病,血液疾病的健康人群。所述的梯度离心以获取单核细胞的步骤为:将所获得的血液或白细胞悬液在密度梯度剂中梯度离心,所用的梯度剂可为Ficoll-Paque(GE healthcare)、Histopaque-1077(Sigma),或其他公司同类产品,优选为Histopaque-1077;适用温度范围为15到25℃,优选为25℃;每15mL Histopaque可分离15至30mL全血样品。具体操作为:将含有血液及梯度剂的容器在200g-500g下离心20-40分钟,分层后,用无菌一次性针管吸取当中不透明层,即为富含单核细胞的悬浮液,经鉴定,此单核细胞群体来源于骨髓髓系干细胞,丰富表达单核细胞特异性受体CD14,其内所含多种细胞亚群,呈多形性。
本发明所述制备能够有效的促进创伤愈合的制剂的方法中,步骤2)中的培养单核细胞以获得EPC细胞时,所用的培养基可为M119、DMEM、RPMI-1640、EBM、EBM-2中的一种,并添加有0.5-1%的生长因子添加剂EGM、EGM-MV、EGM-2或EGM2-MV中的一种(由瑞士Lonza公司购买,其中含血管内皮生长因子VEGF-1、碱性成纤维细胞生长因子FGF-2、表皮生长因子EGF,和胰岛素样生长因子IGF-1);或添加有内皮细胞生长因子ECGF(10-100μg/ml)。培养基中另含有质量比为5%至20%的胎牛血清或者人血清白蛋白。在预设条件为培养温度37℃,二氧化碳浓度为5%的细胞培养箱中培养。
本发明所述制备能够有效的促进创伤愈合的制剂的方法中,步骤2)中的培养单核细胞以获得EPC细胞的步骤为以下所述方法①,②,③或④中的一种:
方法①:将单核细胞以每平方厘米5×105至2×106个细胞的密度培养2-4天,将贴壁细胞用胰蛋白酶消化收集后以每平方厘米1×105至2×105个细胞的密度重新培养3-7天。所获I型EPC为纺锤状细胞,具有内吞乙缩醛化的低密度脂蛋白(acetylated-LDL)及结合荆豆凝集素(UEA-1 lectin)的典型内皮细胞特性,并且大量表达血管内皮细胞生长因子受体KDR,CD31,单核细胞受体CD14,造血细胞受体CD45,少量表达干细胞特有受体CD34,CD133。
方法②:将单核细胞以每平方厘米5×105至2×106个细胞的密度培养2天,收集悬浮细胞,并以每平方厘米1×105至2×105个细胞密度重新培养3-7天。所获II型EPC为细胞集落,其中心分布为圆形细胞,周围为纺锤状细胞。此II型EPC具有典型内皮细胞特性并表达内皮细胞特有受体KDR,CD31及Tie-2。
方法③:将单核细胞以每平方厘米5×105至2×106个细胞的密度培养1-6天,将贴壁细胞用胰蛋白酶消化收集后以每平方厘米1×105至2×105个细胞的密度重新培养10-21天。所获III型EPC为细胞集落,并可持续培养及增殖12个星期以上,此III型EPC具有典型内皮细胞特性并表达内皮细胞特有受体KDR,CD31,Tie-2,及Ve-cadherin。
方法④:将单核细胞通过CD34特异性抗体进行磁珠分选(
,由德国Miltenyi Biotec公司生产),筛选出富含CD34
+的单核细胞亚群,将此CD34
+单核细胞亚群在步骤2)中所描述的培养基及培养条件下以每平方厘米1×10
5至1×10
6个细胞的密度培养2-6天。所获IV型EPC为CD34
+细胞集落,此IV型EPC具有典型内皮细胞特性并表达内皮细胞特有受体KDR及干细胞特有受体CD34。
本发明所述制备能够有效的促进创伤愈合的制剂的方法中,步骤3)中的在特定条件下培养EPC细胞的方法为将步骤2)所获得的I、II、III或IV型EPC置于不含任何生长因子的培养基内,在氧浓度为0.5%至2%的环境中培养1至3天,所用的培养基为M119、DMEM、RPMI-1640、EBM、EBM-2、pH=7.4的磷酸盐缓冲液(PBS)或0.9%的医用生理盐水,并可添加1%的医用人血清白蛋白。
培养完成后收集富含细胞生长因子的条件培养基,弃去EPC细胞。
本发明所述制备能够有效的促进创伤愈合的制剂的方法中,步骤4)所述的后处理步骤包括:
①对步骤3)中所收集的无细胞培养基进行过滤,可通过高速离心或过滤器将细胞杂质及碎片去除。
②对过滤后的无细胞培养基进行成分鉴定,并对其中所含的代表性促血管生长因子及细胞活素如MCP-1,EGF,MMP-9,IL-8,Angiogenin,VEGF的含量进行鉴定,鉴定方法可为蛋白组学(proteomics),细胞活素阵列(cytokine array),酶联免疫吸附测定(ELISA),或Bio-PlexTM细胞因子测试。
③对过滤后的无细胞培养基进行冻干或分装冷冻保存,以便长期保存其中的生长因子及细胞活素成分的活性。
附图说明
图1:本发明所述促进创伤愈合制剂对成体内皮细胞的刮伤愈合功效。
图2:本发明所述促进创伤愈合制剂对裸小鼠皮肤伤口的愈合修复。
具体实施方式
以下通过具体的实例对本发明的内容作进一步的阐述说明,本发明包括但不限于下述步骤和内容。
实施例1.单核细胞的制备。
将100mL血液加入密度梯度剂Histopaque-1077(Sigma),每15mL Histopaque中加入30mL血液。将含有血液及梯度剂的试管在400G的速度下常温离心30分钟。分层后,用无菌一次性针管吸取当中不透明层,即为富含单核细胞的悬浮液。视具体情况,每100ml血液可以获得1x108~1x1010个单核细胞。
实施例2.EPC细胞的获取。
针对I类EPC细胞的获取方法:将富含单核细胞的悬浮液在添加有10%人血清白蛋白及1%的生长因子添加剂EGM(由瑞士Lonza公司购买,其中含血管内皮生长因子VEGF-1、碱性成纤维细胞生长因子FGF-2、表皮生长因子EGF,和胰岛素样生长因子IGF-1)的EBM-2培养基下以每平方厘米1×106细胞的密度培养4天,将贴壁细胞用胰蛋白酶消化收集后以每平方厘米2×105的密度重新培养2天。所获I型EPC为纺锤状细胞,具有内吞乙缩醛化的低密度脂蛋白(acetylated-LDL)及结合荆豆凝集素(UEA-1 lectin)的典型内皮细胞特性,并且大量表达血管内皮细胞生长因子受体KDR、CD31、CD14、CD45、少量表达CD34、CD133及血管内皮钙粘蛋白VE-cadherin。
针对II类EPC细胞的获取方法:将富含单核细胞的悬浮液在添加有10%人血清白蛋白及1%的生长因子添加剂EGM(由瑞士Lonza公司购买,其中含血管内皮生长因子VEGF-1、碱性成纤维细胞生长因子FGF-2、表皮生长因子EGF,和胰岛素样生长因子IGF-1)的EBM-2培养基下以每平方厘米1×106细胞的密度培养2天,收集悬浮细胞,并以每平方厘米2×105个细胞的密度重新培养3天。所获II型EPC为细胞集落,其中心分布为圆形细胞,周围为纺锤状细胞。此II型EPC具有典型内皮细胞特性并表达内皮细胞特有受体KDR,CD31及Tie-2。
针对III类EPC细胞的获取方法:将富含单核细胞的悬浮液在添加有10%人血清白蛋白及1%的生长因子添加剂EGM(由瑞士Lonza公司购买,其中含血管内皮生长因子VEGF-1、碱性成纤维细胞生长因子FGF-2、表皮生长因子EGF,和胰岛素样生长因子IGF-1)的EBM-2培养基下以每平方厘米1×106个细胞的密度培养3天,将贴壁细胞用胰蛋白酶消化收集后以每平方厘米2×105个细胞的密度重新培养20天。所获III型EPC为细胞集落,具有典型内皮细胞特性并表达内皮细胞特有受体KDR,CD31,Tie-2,及Ve-cadherin。
针对IV类EPC细胞的获取方法:将单核细胞通过CD34特异性抗体通过磁珠分选(
,由德国MiltenyiBiotec公司生产),筛选出富含CD34
+的单核细胞亚群,将此CD34
+单核细胞亚群在在添加有10%人血清白蛋白及1%的生长因子添加剂EGM(由瑞士Lonza公司购买,其中含血管内皮生长因子VEGF-1、碱性成纤维细胞生长因子FGF-2、表皮生长因子EGF,和胰岛素样生长因子IGF-1)的EBM-2培养基下以每平方厘米5×10
5个细胞的密度培养2天。所获IV型EPC为CD34
+细胞集落,此IV型EPC具有典型内皮细胞特性并表达内皮细胞特有受体KDR及干细胞特有受体CD34。
视具体情况,所获得的各型EPC细胞的量约为单核细胞量的1%~10%。
实施例3.促进创伤愈合制剂的获取。
将实施例2所获得的I型EPC细胞置于不含任何生长因子的磷酸盐缓冲液(PBS)内(每平方厘米2×105个细胞),在氧浓度为1.5%的环境中培养2天,并添加1%的医用人血清白蛋白。培养完成后收集富含细胞生长因子的无细胞培养基,弃去贴壁的EPC细胞。将收集的无细胞培养基通过孔径为0.2微米的过滤器将细胞杂质及碎片去除并分装于-80℃冷库冷藏备用。视具体情况,每1x106个EPC细胞可以制备2-5ml所述促进创伤愈合制剂。
实施例4.促进创伤愈合制剂中的生长因子及细胞活素的鉴定。
将实施例3所制得的促进创伤愈合制剂中含有的生长因子及细胞活素成分通过细胞活素阵列(cytokine array)鉴定(由R&D Systems购买),此促进创伤愈合制剂的有效成分包含并不局限于以下生长因子:MCP-1、EGF、IL-8、MMP-9、μPAR、Angiogenin、SDF-1、HGF、VEGF以及PDGF。通过Bio-PlexTM细胞因子测试检测(由Bio-rad公司生产),其中有效成分的含量为,IL-8:1-4μg/ml;SDF-1:50-100ng/ml;HGF:5-10ng/ml;Angiogenin:1-5ng/ml;PDGF-BB:1-5ng/ml;VEGF:0.1-1ng/ml。其他成分组成见表1。
表1.本发明所述促进创伤愈合制剂中的成分列表(包含并不局限于以下成分)
ActivinA |
FGF-4 |
IL-1ra |
MMP-9 |
AgRP |
FGF-9 |
IL-1RII |
MPIF-1 |
Angiogenin |
GITR |
IL-2Ralpha |
NAP-2 |
B7-1(CD80) |
GITR-Ligand |
IL-2Rbeta |
NT-4 |
BMP-4 |
GM-CSF |
IL-2Rα |
OncostatinM |
BMP-5 |
GRO-α |
IL-4 |
PDGF |
BMP-6 |
HCC-4 |
IL-6R |
RANTES |
b-NGF |
HGF |
IL-8 |
SCF |
Cardiotrophin-1 |
ICAM-1 |
IL-9 |
SDF-1 |
CD14 |
ICAM-3 |
LeptinR |
Siglec-5 |
CTACK |
IGFBP-3 |
LIF |
sTNFRI |
CXCL-16 |
IGF-I |
L-Selectin |
sTNFRII |
Dtk |
IGF-II |
MCP-1 |
TECK |
EGF |
IGF-ISR |
MCP-2 |
TGFbeta2 |
ENA-78 |
IL-10 |
MCP-4 |
Thrombopoietin |
Eotaxin |
IL-10Rbeta |
M-CSF |
TIMP-1 |
Eotaxin-2 |
IL-12p40 |
M-CSFR |
TRAILR4 |
Eotaxin-3 |
IL-13Ralpha2 |
MDC |
uPAR |
ErbB3 |
IL-18BPalpha |
MIF |
VE-Cadherin |
Fas/TNFRSF6 |
IL-18Rbeta |
MIP-1β |
VEGF |
FasLigand |
IL-1R4/ST2 |
MMP-13 |
VEGF-D |
实施例5.体外检测促伤口愈合制剂对成体内皮细胞的刮伤愈合(Scratch wound healing)功效。
将HUVEC细胞以每孔5×104个细胞的密度接种于24孔板中,在含10%人血清白蛋白及1%的生长因子添加剂EGM(由瑞士Lonza公司购买,其中含血管内皮生长因子VEGF-1、碱性成纤维细胞生长因子FGF-2、表皮生长因子EGF,和胰岛素样生长因子IGF-1)的EBM-2培养基下中培养24小时,弃去原培养基并用移液管尖将在板底的细胞层上划出一道细胞空白区域,将细胞重新置于本发明所述的促伤口愈合制剂或阴性对照培养基(即只含有1%人血清白蛋白的PBS,pH=7.4)中继续培养20小时后检测此刮伤愈合(Scratchwound healing)的程度(即面积比;结果见图1A)。结果显示,本发明所述的促伤口愈合制剂能够显著的加快HUVEC细胞在低血清环境中的刮伤愈合速度,相比对照组的愈合速度(刮伤面积减少至77.0±5.5%),本发明所述的促伤口愈合制剂能够以更快的速度减小刮伤面积至39.5±4.4%(见图1B,*:p<0.001)。
实施例6.裸小鼠皮肤伤口的愈合修复。
在裸小鼠伤口愈合模型上验证本发明所述的促伤口愈合制剂对小鼠背部伤口的恢复作用。具体方法为在裸小鼠的背部用标准皮肤活检钻孔器(skin biopsy punch)制造一个直径为0.5厘米的伤口,同时在伤口周围注射60ul(均匀注射于3个随机点)本发明所述的促伤口愈合制剂或安慰剂(即为只含有1%人血清白蛋白的pH=7.4的PBS)。在注射后的第4,7,10,13,16天测量伤口愈合程度,结果显示,本发明所述的促伤口愈合制剂能够加速小鼠背部伤口的愈合速度(见图2A)。在创伤后第7天,使用本发明促伤口愈合制剂治疗的小鼠背部伤口愈合率达到了82±13%,而安慰剂组的伤口愈合率仅有63±12%。在第10天制剂组的小鼠背部伤口几乎完全愈合,而安慰剂组的伤口愈合率为80±8%(见图2B,P<0.05)。