一种促胰岛细胞增殖培养液及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物领域,特别涉及一种促胰岛细胞增殖的培养液及其制备方法。
背景技术
糖尿病是一种由胰岛素分泌不足导致的慢性代谢疾病,尤其是血糖水平的异常,晚期可导致肾脏、眼底、周围神经系统和血管等组织器官的病变,并伴有失明、肾衰等严重症状的罹患风险。据估计目前全球有超过1.5亿人患有糖尿病,而预计在2025年糖尿病患者将达到3亿。
目前糖尿病主要可分为两种类型:一型糖尿病和二型糖尿病。前者主要是由胰岛素的绝对不足引起的,而胰岛素绝对量的不足则是由于人体中唯一可以分泌胰岛素的细胞——胰岛β细胞的严重不足。目前研究表明,胰岛β细胞缺失的主要原因是T细胞对β细胞的自体免疫攻击。二型糖尿病则的主要病因则是胰岛素的靶器官(肝脏、肌肉等)对胰岛不敏感,而更深层的病因较一型糖尿病更为复杂。二型糖尿病在初期只表现为胰岛素的相对缺乏,并伴随有应激性的胰岛增殖和高胰岛素表现,而在晚期由于长期高血糖导致的胰岛β细胞的大量凋亡,胰岛素水平也大量下降。因此,针对一型和二型糖尿病,胰腺或胰岛移植都是最理想的治疗方案之一。
胰腺器官移植较胰岛移植开展得早,相对而言能提供更长时间的正常胰岛素供给,但是胰腺器官移植手术难度高,风险大,作为糖尿病的治疗手段并不十分理想。目前,供体胰岛的移植是治疗糖尿病的最有效手段,胰岛细胞按其染色和形态学特点,主要分为α细胞、β细胞、γ细胞及PP细胞,α细胞约占胰岛细胞的20%,分泌胰高血糖素(glucagon);β细胞占胰岛细胞的60%-70%,分泌胰岛素(insulin);γ细胞占胰岛细胞的10%,分泌“生长抑素”;PP细胞数量很少,分泌胰多肽(pancreatic polyeptide),其中,胰岛β细胞分泌胰岛素,起调节血糖含量的作用。
目前,临床获得的胰岛来源非常有限,需要在体外将供体来源的少量胰岛充分扩展和增殖。然而,目前采用常用细胞培养基培养胰岛细胞的方式,难以快速、有效的扩增得到大量胰岛细胞。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种促胰岛细胞增殖的培养液以及8种化合物在制备促胰岛细胞增殖的培养液中的用途。
本发明促胰岛细胞增殖培养液,它以常用细胞培养基为基础培养基,添加有如下任意一种或者多种化合物:
化合物1:1-(3-(3-氨基-6-甲酰氨基-2-苯基)吡啶-4-哌啶-4-羧酸;
化合物2:1-(3-(3-氨基-6-甲酰氨基-2-苯基)吡啶-4-哌啶-3-羧酸;
化合物3:6-((2-((4-(2,4-二氯苯基)-5-(4-甲基-1H-咪唑-2-基)嘧啶-2-基)氨基)乙基)氨基)尼古丁腈;
化合物4:N-(5-甲基-1氢-吡唑-3-基)-2-苯基喹唑啉-4-胺;
化合物5:3-氨基-N-(4-(4-氨基哌啶-1-基)吡啶-3-基)-6-苯基吡嗪-2-甲酰胺;
化合物6:3-氨基-N-(4-((二甲)甲基)吡啶-3-基)-6-苯基-2-甲酰胺基;
化合物7:1-(4-甲氧基苄基)-3-(5-硝基噻唑-2-基)尿素;
化合物8:N-(3-异丙氧基丙基)-4-(4-甲基苯甲酰胺)-1氢-吡唑-3-甲酰胺。
常用细胞培养基,是指包含供给细胞营养和促使细胞增殖的基础物质的培养基,如,RPMI-1640培养基(即1640培养基),最低必须培养基(MinimumEssential Medium,MEM)、DMEM-高糖培养基、DMEM-低糖培养基、DMEM/F12培养基、M-199培养基等等。
所述的培养液添加的化合物的终浓度不低于10nM。优选地,所述化合物的终浓度不低于100nM。进一步优选地,所述化合物的终浓度为100nM~100μM。
所述常用细胞培养基是1640培养基、最低必须培养基、DMEM-高糖培养基、DMEM-低糖培养基、DMEM/F12培养基或M-199培养基。
所述培养液中还添加有胰岛素样生长因子、上皮生长因子、青霉素、链霉素、巯基乙醇、葡萄糖或胎牛血清。优选地,所述培养液中含有胰岛素样生长因子和上皮生长因子,其中,胰岛素样生长因子的终浓度为10ng/ml,上皮生长因子的终浓度为10ng/ml。
所述胰岛细胞为胰岛β细胞。胰岛β细胞又叫胰岛B细胞。
本发明前述培养液的制备方法,步骤如下:按照前述配比取原料,混匀,即可。
如下化合物1~8中任意一种或者多种在制备促进胰岛细胞增殖的培养液中的用途:
化合物1:1-(3-(3-氨基-6-甲酰氨基-2-苯基)吡啶-4-哌啶-4-羧酸;
化合物2:1-(3-(3-氨基-6-甲酰氨基-2-苯基)吡啶-4-哌啶-3-羧酸;
化合物3:6-((2-((4-(2,4-二氯苯基)-5-(4-甲基-1H-咪唑-2-基)嘧啶-2-基)氨基)乙基)氨基)尼古丁腈;
化合物4:N-(5-甲基-1氢-吡唑-3-基)-2-苯基喹唑啉-4-胺;
化合物5:3-氨基-N-(4-(4-氨基哌啶-1-基)吡啶-3-基)-6-苯基吡嗪-2-甲酰胺;
化合物6:3-氨基-N-(4-((二甲)甲基)吡啶-3-基)-6-苯基-2-甲酰胺基;
化合物7:1-(4-甲氧基苄基)-3-(5-硝基噻唑-2-基)尿素;
化合物8:N-(3-异丙氧基丙基)-4-(4-甲基苯甲酰胺)-1氢-吡唑-3-甲酰胺。
所述胰岛细胞为胰岛β细胞。
本发明化合物1~8可以有效促进胰岛β细胞增殖,采用本发明培养液体外培养胰岛细胞,可以快速培养得到大量胰岛β细胞,用于体内移植治疗糖尿病,临床应用前景良好。
显然,根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式,对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1胰岛分离体系示意图;
图2DTZ染色图片,红棕色为胰岛细胞;
图3Annexin-V/PI染色评价原代培养的胰岛的存活率,绿色的Annexin-V荧光(染存活细胞)和红色的PI荧光(染死亡细胞);
图4免疫荧光染色结果(10nM),胰岛素C-肽绿色荧光染色提示阳性胰岛beta细胞染色,DAPI的蓝色染色提示细胞核染色。红色、黄色、橙色和紫色荧光染色均提示为ki-67阳性染色(ki-67阳性染色本身为红色荧光,红色与胰岛素C-肽的绿色荧光重合显示为黄色和橙色,而红色与DAPI的蓝色荧光重合显示为紫色)。A1,A2:DMSO0.1%;B1,B2:K5010nM;C1,C2:K5210nM;
图5免疫荧光染色结果(100nM),胰岛素C-肽绿色荧光染色提示阳性胰岛beta细胞染色,DAPI的蓝色染色提示细胞核染色。红色、黄色、橙色和紫色荧光染色均提示为ki-67阳性染色(ki-67阳性染色本身为红色荧光,红色与胰岛素C-肽的绿色荧光重合显示为黄色和橙色,而红色与DAPI的蓝色荧光重合显示为紫色)。A1,A2:DMSO0.1%;B1,B2:K50100nM;C1,C2:K52100nM;
图6免疫荧光染色结果(100μM),胰岛素C-肽绿色荧光染色提示阳性胰岛beta细胞染色,DAPI的蓝色染色提示细胞核染色。红色、黄色、橙色和紫色荧光染色均提示为ki-67阳性染色(ki-67阳性染色本身为红色荧光,红色与胰岛素C-肽的绿色荧光重合显示为黄色和橙色,而红色与DAPI的蓝色荧光重合显示为紫色)。A1,A2:DMSO0.1%;B1,B2:K50100μM;C1,C2:K52100μM;
图710nM和100nM的K50和K52对原代培养的大鼠β-胰岛细胞增殖的作用(用ki-67增殖指数表示胰岛细胞增值率,即胰岛beta-细胞增殖分数,ki-67增殖指数为Ki-67阳性染色细胞数占总的C-肽绿色荧光染色细胞的百分率)。数据表示为means±SEM,n=4/组,多样本均数间的比较采用One-wayANOVA检验,组间的两两比较采用Studen-t Newman-Keuls检验,*P<0.05vs.DMSO(1/1000)处理的对照组;
图8100μM的K50和K52对原代培养的大鼠β-胰岛细胞增殖的作用(用ki-67增殖指数表示胰岛细胞增值率,即胰岛beta-细胞增殖分数,ki-67增殖指数为Ki-67阳性染色细胞数占总的C-肽绿色荧光染色细胞的百分率)。数据表示为means±SEM,n=3/组,多样本均数间的比较采用One-way ANOVA检验,组间的两两比较采用Studen-t Newman-Keuls检验,*P<0.05vs.DMSO(1/1000)处理的对照组;
图910nM和100nM的K50和K52对大鼠胰岛细胞瘤来源的INS-1细胞系增殖的作用,采用BrdU-ELISA法检测INS-1细胞增殖活性,用酶标仪检测490nm处的ELISA反应产物的吸光度值。数据表示为means±SEM,n=3/组,多样本均数间的比较采用One-way ANOVA检验,组间的两两比较采用Studen-t Newman-Keuls检验,*P<0.05vs.DMSO(1/1000)处理的对照组;
图10100nM的K51,K53,K54,K55,K56,K57对大鼠胰岛细胞瘤来源的INS-1细胞系增殖的作用,采用BrdU-ELISA法检测INS-1细胞增殖活性,用酶标仪检测490nm处的ELISA反应产物的吸光度值,数据表示为“mean(SD)”,n=3/组。
具体实施方式
实施例1本发明促胰岛细胞增殖培养液的制备
取RPMI-1640培养基,加入1-(3-(3-氨基-6-甲酰氨基-2-苯基)吡啶-4-哌啶-4-羧酸至浓度为100nM,混匀,即可。
实施例2本发明促胰岛细胞增殖培养液的制备
取RPMI-1640培养基,加入1-(3-(3-氨基-6-甲酰氨基-2-苯基)吡啶-4-哌啶-3-羧酸至浓度为100μM,混匀,即可。
实施例3本发明促胰岛细胞增殖培养液的制备
取最低必须培养基,加入6-((2-((4-(2,4-二氯苯基)-5-(4-甲基-1H-咪唑-2-基)嘧啶-2-基)氨基)乙基)氨基)尼古丁腈至浓度为100μM,混匀,即可。
实施例4本发明促胰岛细胞增殖培养液的制备
取最低必须培养基中,加入N-(5-甲基-1氢-吡唑-3-基)-2-苯基喹唑啉-4-胺至浓度为10nM,混,即可。
实施例5本发明促胰岛细胞增殖培养液的制备
取M-199培养基,加入3-氨基-N-(4-(4-氨基哌啶-1-基)吡啶-3-基)-6-苯基吡嗪-2-甲酰胺至浓度为10nM,混匀,即可。
实施例6本发明促胰岛细胞增殖培养液的制备
取DMEM-高糖培养基,加入3-氨基-N-(4-((二甲)甲基)吡啶-3-基)-6-苯基-2-甲酰胺基至浓度为10nM,混匀,即可。
实施例7本发明促胰岛细胞增殖培养液的制备
取DMEM-低糖培养基,加入1-(4-甲氧基苄基)-3-(5-硝基噻唑-2-基)尿素至浓度为10nM,混匀,即可。
实施例8本发明促胰岛细胞增殖培养液的制备
取DMEM/F12培养基,加入N-(3-异丙氧基丙基)-4-(4-甲基苯甲酰胺)-1氢-吡唑-3-甲酰胺至浓度为100nM,混匀,即可。
以下用实验例的方式说明本发明的有益效果:
实验材料:
SD雄性大鼠,300~500克,购于四川大学实验动物中心;胶原酶Ⅺ,购于美国Sigma公司;Ficoll400购于天津市聚合科贸有限公司;双硫腙(dithizone,DTZ)购于上海试剂三厂;INS-1细胞来源于华西医院再生医学研究所细胞库;Brdu ELISA试剂盒,购于罗氏公司。其余试剂为市售分析纯产品。
所用化合物,均为市售品:
化合物1:k50
1-(3-(3-amino-6-phenylpyrazine-2-carboxamido)pyridin-4-yl)piperidine-4-carboxylic acid
1-(3-(3-氨基-6-甲酰氨基-2-苯基)吡啶-4-哌啶-4-羧酸
化合物2:k52
1-(3-(3-amino-6-phenylpyrazine-2-carboxamido)pyridin-4-yl)piperidine-3-carboxylic acid
1-(3-(3-氨基-6-甲酰氨基-2-苯基)吡啶-4-哌啶-3-羧酸
化合物3:K51
6-((2-((4-(2,4-dichlorophenyl)-5-(4-methyl-1H-imidazol-2-yl)pyrimidin-2-yl)amino)ethyl)amino)nicotinonitrile;
6-((2-((4-(2,4-二氯苯基)-5-(4-甲基-1H-咪唑-2-基)嘧啶-2-基)氨基)乙基)氨基)尼古丁腈;
化合物4:K53
N-(5-methyl-1H-pyrazol-3-yl)-2-phenylquinazolin-4-amine
N-(5-甲基-1氢-吡唑-3-基)-2-苯基喹唑啉-4-胺
化合物5:K54
3-amino-N-(4-(4-aminopiperidin-1-yl)pyridin-3-yl)-6-phenylpyrazine-2-carboxamide
3-氨基-N-(4-(4-氨基哌啶-1-基)吡啶-3-基)-6-苯基吡嗪-2-甲酰胺
化合物6:K55
3-amino-N-(4-((dimethylamino)methyl)pyridin-3-yl)-6-phenylpyrazine-2-carboxamide
3-氨基-N-(4-((二甲)甲基)吡啶-3-基)-6-苯基-2-甲酰胺基
化合物7:K56
1-(4-methoxybenzyl)-3-(5-nitrothiazol-2-yl)urea
1-(4-甲氧基苄基)-3-(5-硝基噻唑-2-基)尿素
化合物8:K57
N-(3-isopropoxypropyl)-4-(4-methylbenzamido)-1H-pyrazole-3-carboxamide
N-(3-异丙氧基丙基)-4-(4-甲基苯甲酰胺)-1氢-吡唑-3-甲酰胺
实施例1本发明培养液诱导体外原代培养的大鼠胰岛细胞
1、实验方法
1.1胰岛细胞的获得
a)取2只大鼠麻醉后,腹部常规消毒去毛,作腹正中切口及双侧肋缘下切口,显露肝门,切除剑状软骨。用棉签将大鼠小肠推至腹腔左侧,暴露胆管远端。
b)在胆总管汇入十二指肠的入口处结扎,缝合时避免接触胰腺。于胆管近心端使用穿刺针原位插管,并结扎胆总管近心端。
c)动物处死,经胆总管缓慢注入0.5mg/mL胶原酶Ⅺ溶液10mL,使胰腺原位缓慢膨胀。沿肠壁分离胰腺,切取后立即置入37℃水浴静止消化约15min;取出剧烈振摇1min分散胰腺,使呈细沙状,立即加入10倍体积的4℃预冷Hank’s液(含0.1%牛血清白蛋白)终止消化。
d)60目网筛过滤,用50mL注射器15G针头从筛上喷过,冲洗网上组织。于4℃离心(以离心半径15cm,1000r/min离心1min);弃上清;同法离心3min;Hank’s液重悬组织,80目网筛过滤,同法离心后收集沉淀。以上步骤均在超净台中进行。
e)胰岛的纯化:首先配制Euro-Ficoll分离液,即Euro-collin保存液:含15mmol/L KCl、15mmol/L KH2PO4、43mmol/L K2HPO4、10mmol/LNaHCO3、200mmol/L葡萄糖,pH7.2;Euro-Ficoll液:将不同比例的Ficoll400溶解于Euro-collin中,得到不同比重(D)的分离液,如图1所示,(F1:D=1.132,F2:D=1.108,F3:D=1.096,F4:D=1.069,F5:D=1.023),4℃避光保存。在50mL离心管中加入12mL F1铺底,10mL F2重悬沉淀组织并小心加至F1上,注意防止气泡混入影响细胞重悬效果。依次小心加入F4和F5各6mL。以离心半径15cm,2000r/min于4℃缓慢升降离心20min,收集位于F1和F2界面的胰岛,Hank’s液离心洗涤3次,备用。
f)胰岛特异性计数:将DTZ工作液50μL与纯化后的胰岛约100μL混合5min,显微镜下计数DTZ染为猩红色的细胞团数量。
g)胰岛活性鉴定:Annexin-V/PI溶液10μL与100μL胰岛制备物混合10min,在荧光显微镜下分别用490nm和510nm激发光可分别见到绿色的Annexin-V荧光(存活细胞)和红色的PI荧光(死亡细胞)。用CCD成像系统采集图像。
1.2胰岛细胞的体外扩增
原代培养的胰岛均匀接种于6孔板中,在培养基中稳定24h,略为贴壁后,分别取K50和K52加入1640培养基(含IGF10ng/ml,EGF10ng/ml),使化合物的终浓度分别达10nM、100nM和100μM。以含0.1%DMSO的1640培养基作为对照组培养基。
药物刺激72h后,收取细胞涂片进行普通步骤的免疫荧光染色。分别使用抗大鼠胰岛素,抗大鼠ki-67抗体进行双染,最后细胞核复染DAPI。在激光共聚焦显微镜下成像,根据胰岛素阳性(绿色)的细胞中,出现ki-67阳性(红色)占总β-细胞(绿色)的百分率测定细胞增殖率。
Ki67是一种增殖细胞相关的核抗原,可以标记细胞增殖状态其中,具有Ki67多肽的细胞为新增殖细胞,因此,通过检测细胞是否表达Ki67多肽即可确定其是否为新增殖细胞。
2、实验结果
如图1~3所示,本发明分离得到了胰岛细胞,纯度在80%以上,成活率达90%以上。
如图4~8所示:
与对照组(1640培养基中加DMSO)相比,在1640培养基中加入10nM的K50或K52(图4和图7)后,细胞增殖速度加快,说明终浓度为10nM的K50或K52可以促进大鼠胰岛β细胞的增殖;
与对照组(1640培养基中加DMSO)相比,在1640培养基中加入100nM的K50或K52(图5和图7)后,细胞增殖速度明显加快(P<0.05,n=4),说明终浓度为100nM的K50和K52可以促进大鼠胰岛β细胞的增殖;
与对照组(1640培养基中加DMSO)相比,在1640培养基中加入100μM的K50或K52(图6和图8)后,细胞增殖速度明显加快(P<0.05,n=3),说明终浓度为100μM的K50或K52可以促进大鼠胰岛β细胞的增殖;
如图7和图8所示,随着K50或K52浓度的增加,它们的促胰岛细胞增殖作用增强。
实验结果说明,本发明K50或者K52可以促进大鼠胰岛β细胞增殖,浓度大于等于100nM时,效果明显。
实施例2本发明培养液诱导INS-1细胞
1、实验方法
取购买的胰岛β细胞株INS-1,快速解冻后分装入60mm培养皿中,加入含100mL/L胎牛血清RPMI1640完全培养基(含青霉素100kU/L、链霉素100mg/L、50μmol/L巯基乙醇、10mmol/L葡萄糖),单层培养和孵化于50mL/L CO2培养箱中、37℃、950mL/L湿度条件下培养。细胞融合率90%左右以消化液(含0.25%Trypsin、0.53mM EDTA)消化,接种于96孔板,细胞密度为7000个/孔,培养至融合率为70%~80%,使用无血清培养基饥饿24h。
然后换为分别含10nM和100nM的K50和K52的RPMI1640培养基继续培养22h,以含0.1%DMSO的1640培养基作为对照组培养基,加入Brdu继续培养2h,然后按照BrdU ELISA试剂盒说明书进行实验,即细胞加核酸酶溶液于37℃孵育30min,以PBS冲洗细胞3次,用过氧化物酶标记BrdU抗体,37℃孵育30min。PBS冲洗细胞3次,以过氧化物酶底物室温染色15min。用酶标仪检测样本在490nm处的吸光度值。
用同样的方法对100nM的K51,K53,K54,K55,K56,K57进行试验,观察药物对INS-1细胞增殖的影响。
2、实验结果
如图9所示,与对照组(1640培养基中加DMSO)相比,在1640培养基中加入10nM的K50或K52后,INS-1胰岛β细胞增殖速度加快,加入100nM的K50或K52时,细胞增殖速度明显更快(P<0.05,n=3);
如图10所示,与对照组(1640培养基中加DMSO)相比,在1640培养基中加入100nM的K51,K53,K54,K55,K56或K57后,INS-1胰岛β细胞增殖速度明显加快(P<0.05,n=3)。
实验结果说明,本发明K50、K51、K52、K53,K54,K55,K56,K57均可以促进胰岛β细胞的增殖。
综上,本发明化合物1~8可以有效促进胰岛细胞增殖,采用本发明培养液培养胰岛细胞,细胞增殖速度快,可快速得到大量胰岛细胞,为糖尿病患者的胰岛移植打下了良好的基础。