CN101991878A - 由复合msc的plga和msc组成的制剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由复合MSC的PLGA和MSC组成的制剂及其应用。该制剂的活性成分是如下单独包装的物质1)和2)：1)由间充质干细胞和聚乳酸聚乙醇酸复合成的生物复合骨片；2)离体的间充质干细胞。实验证实：利用物质2)间充质干细胞静脉输注可以减轻生物材料复合骨片异体移植所引起的免疫反应。

Description

由复合MSC的PLGA和MSC组成的制剂及其应用

技术领域

本发明涉及由复合MSC的PLGA和MSC组成的制剂及其应用。

背景技术

由疾病、创伤所致的骨、软骨缺损是临床常见且较难医治的病症，而各种原因造成的关节软骨缺损以及因自身缺乏有效的修复能力，造成损伤后常引起疼痛和关节功能障碍等。间充质干细胞(MSC)为骨缺损的治疗提供了广阔的前景。

MSC来源广泛，广泛存在于全身结缔组织和器官间质中，具有自我更新和增殖能力，在适宜的微环境中具有多潜能分化特性。基于MSC具有易获得、易培养、方便运输、低免疫原性、免疫调节特性、能在宿主体内长期存活、易于外源基因转染和转染后外源基因可以稳定表达等优点，其已成为组织工程、细胞移植、基因治疗及器官移植等领域的理想种子细胞。将MSC作为种子细胞与支架材料复合之后移植到创伤部位，被认为是现今最好的修复骨缺损的方法之一。

支架材料不仅要具有临床使用时所需要的理化性能，还必须具有生物安全性，组织相容性等基本特性，以保证其使用的安全性，聚乳酸聚乙醇酸(PLGA)为常用的生物材料。有大量研究报道表明，MSC与生物材料相复合，在体内可以向成骨、软骨组织分化。但是仍然存在一些不足，目前利用MSC来促进组织工程骨的研究，基本上是自体细胞移植，从而产生了许多局限性：自体MSC来源有限；增加机体创伤；体外扩增需要一定时间而难于应用于急诊手术等。MSC具有低免疫原性及免疫调节能力，提示MSC可用于异体移植，而异体MSC移植是否存在安全问题，其在体内引起怎样的免疫反应变化等目前还没有明确的结论。

国内曹颖光等发现大鼠MSCs可在PLGA上黏附、增殖、分泌胞外基质，并可在成骨诱导剂的作用下分化为多角形的成骨样细胞；杨等将脂肪来源的自体MSC扩增后与PLGA材料复合，体内移植后成功修复了兔关节软骨损伤。但是关于生物工程骨在体内引起的免疫反应还没有报道，生物工程骨移植后成功率也是潜在的问题。并且，组织工程骨要在临床推广应用也必须实现产业化生产、降低移植物成本，也要考虑异体细胞的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于减轻生物材料复合骨片异体移植免疫反应的制剂。

本发明提供的用于减轻生物材料复合骨片异体移植免疫反应的制剂的活性成分是如下单独包装的物质1)和2)：

1)由间充质干细胞和聚乳酸聚乙醇酸复合而成的生物材料复合骨片片；

2)离体的间充质干细胞。

优选的是物质1)和2)中的间充质干细胞是相同来源的。

物质1)中，所述生物复合骨片的制备方法包括如下步骤：将所述间充质干细胞滴加到所述聚乳酸聚乙醇酸上，在35℃-40℃和4-6％CO₂培养条件下培养1.5-3小时。

进一步，上述培养条件是37℃和5％CO₂；培养时间为2小时。

上述间充质干细胞与所述聚乳酸聚乙醇酸的配比是：长5mm、宽5mm、厚1-2mm的聚乳酸聚乙醇酸上复合10⁵-5×10⁵个间充质干细胞。

进一步讲，上述间充质干细胞与所述PLGA的配比是：长5mm、宽5mm、厚1-2mm的聚乳酸聚乙醇酸上复合2×10⁵间充质干细胞。

本发明的另一目的在于提供另一种用于减轻生物材料移植免疫反应的制剂。

本发明提供的另一种用于减轻生物材料移植免疫反应的制剂的活性成分是如下单独包装的物质a)和b)：

a)聚乳酸聚乙醇酸；

b)离体培养的间充质干细胞。

物质a)中，所述聚乳酸聚乙醇酸是长5mm、宽5mm、厚1-2mm。

实验证明：材料生物复合骨片异体皮下移植1周后，可以看到生物材料复合骨片移植体区域(M+P)与相应的单纯材料移植组(P)相比，并没有减少炎性细胞浸润，主要为淋巴细胞浸润，而尾静脉输注MSC(M+P-C，P-C)后，发现降低了炎性细胞的浸润；取移植后1周各组小鼠脾脏，做病理切片，HE染色分析。观察到生物材料复合骨片移植体区域(M+P)以及单纯材料移植组(P)的脾小结较大，较多，而输注MSC(M+P-C，P-C)后脾小结相应减小和减少，MSC输注亦降低了CD3⁺T淋巴细胞早期活化指标CD69的比例。由此可见，我们建立了一种间充质干细胞静脉输注来减轻生物材料复合骨片异体移植所引起的免疫反应的方法。

附图说明

图1为PLGA材料细胞接种率。

图2为检测成骨诱导间充质干细胞和PLGA材料生物复合骨片ALP活性。

图3为MSC输注降低了移植体区域炎性反应的图片，从左到右依次为：P，P-C，M+P，M+P-C；材料移植和生物复合骨片移植后输注MSC(P-C，M+P-C)降低了材料移植和生物复合骨片移植(P，M+P)引起的炎性细胞浸润；放大倍数100×。

图4为MSC输注减轻了脾脏病理改变的图片，A：正常对照(Control)；B：从左到右依次为：P，P-C，M+P，M+P-C；材料移植和生物复合骨片移植后分别尾静脉输注MSC(P-C，M+P-C)，脾小结相对材料移植和生物复合骨片移植(P，M+P)减小、减少；放大倍数100×。

图5为MSC输注降低了CD3⁺T淋巴细胞早期活化指标CD69的比例。

在不同的时间点收集材料PLGA的各个处理组(P，P-C，M+P，M+P-C)脾淋巴细胞，标记抗体，流式细胞仪检测，尾静脉输注MSC(P-C，M+P-C)后与单纯材料和复合骨移植(P，M+P)相比，降低了CD69⁺CD3⁺与CD3⁺的比例。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

下述实施例中，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

一、制备生物复合骨片

1、生物材料无菌处理

将生物材料聚乳酸聚乙醇酸(PLGA，数均分子量为3万，中国科学院成都有机化学有限公司)均切成的小块(每块规格长5mm、宽5mm、厚1-2mm)，用70％乙醇浸泡半小时使材料具有亲水性，再用PBS多次冲洗后，紫外消毒半小时，最后在α-MEM(Gibco)+10％FCS(Hyclone)充分浸泡。

2、小鼠骨实质MSC的分离和培养

将2-3周龄C57BL/6小鼠(购自军事医学科学院动物中心)，断颈处死小鼠，75％酒精浸泡消毒小鼠→无菌条件下分离小鼠胫骨和股骨，置于平皿中→用无菌纱布搓去附着肌肉，去除干骺端→用PBS+10％FCS(Hyclone)反复冲洗骨髓腔，冲出骨髓细胞→将骨组织剪成约1mm×1mm大小→用0.2％胶原酶(Invitrogen)，37℃消化2小时→消化后吸出消化液，用α-MEM(Gibco)洗骨片3遍→接种于培养瓶中，使骨片均匀分布瓶底，培养体系含α-MEM(Gibco)+10％FCS(Hyclone)+100U/ml青霉素+100U/ml链霉素，37℃、5％CO2的饱和湿度条件下培养→每3天换液1次→细胞接近70-80％汇合时，0.25％胰酶(Hyclone)消化传代，传代细胞接种密度为4000个细胞/cm²。

3.生物复合骨的制备

将不同含量(10⁴个、5×10⁴个、10⁵个、2×10⁵个、5×10⁵个)的小鼠骨片来源的MSC悬于10μl含血清的培养基(α-MEM+10％FCS)中，得到各个细胞浓度的悬液，然后滴加到材料一块PLGA材料表面上，并在材料中央反复轻轻吹吸，使细胞尽量多的与材料接触。将上述滴加有细胞悬液的材料放入24孔板中，37℃、5％CO₂条件下培养2小时，得到复合有各个细胞浓度的生物复合骨片。

4、细胞接种率测定

往步骤2得到的复合有各个细胞浓度的生物复合骨片中加入1ml培养液(α-MEM(Gibco)+10％FCS(Hyclone)，放入孵箱中培育过夜。同时设相应细胞浓度的对照组，即将各个细胞浓度的悬液直接种入24孔板中，然后同样加入1ml培养液(α-MEM(Gibco)+10％FCS(Hyclone)，放入孵箱中培育过夜。

然后每孔中加入5mg/ml MTT 100μl，37℃孵育4小时。小心吸弃孔内培养液，用PBS冲洗一次，将材料分别置于1.5ml EP管中，然后加入200μl异丙醇，将材料夹碎，2000g，离心10分钟，取上清150μl到96孔板中。培养板中直接加入异丙醇，溶解10分钟。选择570nm波长，在酶联免疫检测仪上测定各孔光吸收值，记录结果。将各处理组与相应对照组做比值(即图1纵坐标值)，绘制生物材料细胞接种率曲线图。

结果如图1所示，将不同的细胞浓度接种两种材料上，测定细胞接种率，发现随着细胞接种浓度的升高而相对增加，当细胞浓度为10⁵-5×10⁵时两种材料的细胞接种率较高；当细胞浓度为2×10⁵时两种材料的细胞接种率最高。

5、成骨分化能力测定

往步骤2得到的复合有各个细胞浓度的生物复合骨片中加入1ml培养液(Gibco)+10％FCS(Hyclone)，放入孵箱中培育过夜。然后换入成骨诱导培养基，成分如下：

分别培养7d，14d，21d，检测碱性磷酸酶(ALP)活性。将诱导后的载体用PBS洗两遍，移入离心管中，加入300μl 0.2％NP-40，4℃，10000rpm离心10分钟。根据ALP活性测定试剂盒说明，在预先加入工作液的96孔板中，吸取上清50μl到96孔板，反应30min，然后终止。选择405nm波长，在酶联免疫检测仪上测定各孔光吸收值，记录结果。

结果如图2所示，当诱导14天时，每个处理组相对于对照组第7天时ALP活性显著增加，随着诱导时间的增加，在第21天时检测到ALP活性反而下降，这可能是由于在MSC分化后期，主要表现为钙沉积，而ALP低表达或不表达；而且随着细胞接种浓度的升高ALP活性也随着升高，当诱导14天时，检测到2×10⁵的接种浓度与其它接种浓度相比其ALP活性要较高，这与步骤3检测到的细胞接种率相一致。

综上所述，最佳生物复合骨片是在，每块PLGA材料中复合2×10⁵个MSC，命名为MSC+PLGA。以下步骤二实验中用到的生物复合骨片就是该最佳生物复合骨片。

二、异体小鼠皮下移植

1、用0.7％戊巴比妥钠麻醉后，按照如下实验分组进行异体小鼠皮下移植，每组3只。每日观察小鼠存活，及伤口红肿情况：

①正常对照组(Control)：未处理的小鼠。

②未复合MSC的材料移植组

PLGA(简称P)：单纯移植一块的生物材料PLGA；

③生物复合骨片移植组

MSC+PLGA(简称M+P)：单纯移植一块生物复合骨片MSC+PLGA；

④未复合MSC的材料移植且输注MSC组

PLGA-MSC(简称P-C)：移植一块生物材料PLGA的同时静脉输注MSC。

⑤生物复合骨片移植且输注MSC组

MSC+PLGA-MSC(简称M+P-C)：移植一块生物复合骨片MSC+PLGA的同时静脉输注MSC。

其中，上述④和⑤中输注的MSC均是悬在0.2ml PBS中5×10⁵个的MSC。

2.病理分析：将移植后一周的小鼠断颈处死，取移植体区域和脾脏用10％福尔马林固定，石蜡包埋，做病理切片HE染色分析。

1)MSC输注降低了移植体区域炎性反应

材料生物复合骨片异体皮下移植1周后，可以看到生物复合骨片移植体区域(M+P)与相应的单纯材料移植组(P)相比，并没有减少炎性细胞浸润，主要为淋巴细胞浸润，而输注MSC(M+P-C，P-C)后，发现降低了炎性细胞的浸润(图3)。

2)MSC输注降低了脾脏病理改变

取移植后1周各组小鼠脾脏，做病理切片，HE染色分析，观察到生物复合骨片移植体区域(M+P)以及单纯材料移植组(P)的脾小结较大，较多，而输注MSC(M+P-C，P-C；)后脾小结相应减小和减少(图4)。

3.流式分析脾细胞表型变化

取移植后第12h，24h，2d，3d，7d的脾脏，每组3只，夹碎后，用淋巴细胞分离液分离出淋巴细胞，1×10⁶/管，用抗体CD3、CD69(ebioscience)标记细胞，4℃，避光反应30分钟；PBS洗两遍，1％多聚甲醛固定，4℃避光保存，1周内上机检测。结果用WinMDI 2.9软件分析。

结果如图5：MSC输注降低了CD3⁺T淋巴细胞早期活化指标CD69的比例。CD69是CD3⁺T淋巴细胞活化的早期标志，在活化早期表达，参与T淋巴细胞的增殖，晚期下降。在MSC输注后观测各时间点CD69⁺CD3⁺与CD3⁺细胞的比值，以观察CD69在T淋巴细胞中的表达情况。单纯材料PLGA移植(P)以及生物复合骨片移植(M+P)后引起了CD69⁺CD3⁺/CD3⁺的比值增加，2天时达到峰值；材料PLGA移植同时输注MSC(P-C)在12小时后观察到CD69的活化水平的下降；生物复合骨片移植同时静脉注射MSC(M+P-C)实验组在24小时后观察到MSC输注显著降低了CD3+细胞的CD69活化比例(图5)。

实施例2

本实施例与实施例的区别在于将分离得到的MSC换成商业化的MSC(C3H10T1/2，上海复医生科科研服务中心)，其余实验完全相同。结果发现：本实施例与实施例1的结果无显著差异，说明通过间充质干细胞静脉输注可以来减轻生物材料异体移植所引起的免疫反应。

Claims (7)

1.一种用于减轻生物材料复合骨片异体移植免疫反应的制剂，其活性成分是如下单独包装的物质1)和2)：

1)由间充质干细胞和聚乳酸聚乙醇酸复合成的生物复合骨片；

2)离体的间充质干细胞。

2.如权利要求1所述的制剂，其特征在于：物质1)中，所述生物材料复合骨片的制备方法包括如下步骤：将所述间充质干细胞滴加到所述聚乳酸聚乙醇酸上，在35℃-40℃和4-6％CO₂培养条件下培养1.5-3小时。

3.如权利要求2所述的制剂，其特征在于：所述培养条件是37℃和5％CO₂；培养时间为2小时。

4.如权利要求2或3所述的制剂，其特征在于：所述间充质干细胞与所述聚乳酸聚乙醇酸的配比是：长5mm、宽5mm、厚1-2mm的聚乳酸聚乙醇酸上复合10⁵-5×10⁵个间充质干细胞。

5.如权利要求4所述的制剂，其特征在于：所述间充质干细胞与所述PLGA的配比是：长5mm、宽5mm、厚1-2mm的聚乳酸聚乙醇酸上复合2×10⁵间充质干细胞。

6.一种用于减轻生物材料移植免疫反应的制剂，其活性成分是如下单独包装的物质a)和b)：

a)聚乳酸聚乙醇酸；

b)离体的间充质干细胞。

7.如权利要求6所述的制剂，其特征在于：物质a)中，所述聚乳酸聚乙醇酸是长5mm、宽5mm、厚1-2mm。

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