CN105802900A - 一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分,包括多肽,所述多肽包含氨基酸序列:半胱氨酸‑半胱氨酸‑精氨酸(CCR)、精氨酸‑半胱氨酸‑半胱氨酸(RCC)、色氨酸‑亮氨酸‑半胱氨酸(WLC)、半胱氨酸‑亮氨酸‑色氨酸(CLW)中的一个或多个;一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的方法包括步骤:1)将所述多肽包被在所述材料表面及内部;2)将所述细胞接种于所述多肽上;3)置于培养条件下进行细胞培养。本发明的多肽组分具有ECM功能,采用此多肽组分进行细胞培养时可有效促进细胞的贴附、增殖、生长、迁移或分化,在细胞培养、组织工程、高生物相容性医疗器械的开发等领域具有良好的应用前景。

Description

一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分和方法
技术领域
本发明涉及一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分和方法。
背景技术
生物体内的绝大多数细胞,包括干细胞、上皮细胞、内皮细胞、间充质细胞、内胚层的细胞,中胚层的细胞、外胚层的细胞等等,都需要与细胞外基质(extracellular matrix,ECM)相互作用来支持和调节自身的黏附、增殖、迁动、分化等功能。ECM不仅是细胞外的基底膜的重要结构成分,更重要的是,它通过与细胞表面受体的接触来与细胞发生相互作用,激活一系列下游信号转导通路,影响细胞的黏附、存活、增殖、迁移和分化。(Tzu J,MarinkovichMP.Bridging structure with function:Structural,regulatory,and developmentalrole of laminins.Int J Biochem Cell Biol 2008;40:199-214)
虽然动物源或人源的ECM成分在细胞培养过程中被广泛应用,但是这些成分在使用过程中存在很多问题。尤其,ECM成分(比如纤连蛋白FN、层粘连蛋白LN等)都是分子量极大、结构复杂、需翻译后修饰的一类蛋白,很难通过微生物重组表达系统来生产,所以一般通过哺乳动物细胞系来表达或从组织中提取。这种提取方式存在病原体和抗原污染的风险。此外,动物源或人源的ECM存在较大的批次间差异,且存在大量不同的亚型,很难纯化一致,制备过程产量低,成本高。因此,开发全合成的细胞培养系统,来模拟天然ECM的物理和生物学性能,对于科学研究、临床应用和规模化生产都有重要意义。
ECM蛋白的分子结构中,与细胞黏附和细胞增殖密切相关的结构域中通常含有特殊的氨基酸序列,能识别并结合细胞表面受体。已经发现上百种多肽序列促进细胞的贴附和生长。这些短的多肽与整个蛋白分子相比,更稳定,更容易合成,也不容易产生空间位阻(Hersel U,Dahmen C,Kessler H.RGDmodified polymers:Biomaterials for stimulated cell adhesion and beyond.Biomaterials 2003;24:4385-4415)。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分和方法,即提供一种具有ECM功能的物质有效促进细胞的贴附、增殖、迁移或分化。
本发明的技术方案是提供一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分,包括多肽,所述多肽包含氨基酸序列:半胱氨酸-半胱氨酸-精氨酸(CCR)、精氨酸-半胱氨酸-半胱氨酸(RCC)、色氨酸-亮氨酸-半胱氨酸(WLC)、半胱氨酸-亮氨酸-色氨酸(CLW)中的一个或多个。具体有:
*****CCR*****
或/和
*****RCC*****
或/和
*****CLW*****
或/和
*****WLC*****
或/和
*****CCR*****CCR*****
或/和
*****CCR*****RCC*****
或/和
*****CCR*****CLW*****
或/和
*****CCR*****WLC*****
或/和
*****RCC*****CCR*****
或/和
*****RCC*****RCC*****
或/和
*****RCC*****CLW*****
或/和
*****RCC*****WLC*****
或/和
*****CLW*****CCR*****
或/和
*****CLW*****RCC*****
或/和
*****CLW*****CLW*****
或/和
*****CLW*****WLC*****
或/和
*****WLC*****CCR*****
或/和
*****WLC*****RCC*****
或/和
*****WLC*****CLW*****
或/和
*****WLC*****WLC*****
中的任意一种形式或几种形式,C是半胱氨酸,R是精氨酸,W是色氨酸,L是亮氨酸;*****代表0到100个天然或人工氨基酸的序列;*****在每个多肽中的长度可以不同可以相同。
本申请表明促进细胞在材料表面及内部贴附生长的重要因素在于一种高活性多肽,该多肽至少包含氨基酸序列:半胱氨酸-半胱氨酸-精氨酸(CCR)、精氨酸-半胱氨酸-半胱氨酸(RCC)、色氨酸-亮氨酸-半胱氨酸(WLC)、半胱氨酸-亮氨酸-色氨酸(CLW)中的一个或多个,包含这类氨基酸序列的多肽具有ECM功能,即可充当细胞外基质,保护细胞并促进细胞的贴附、增殖、生长、迁移及分化。
作为优选的技术方案,所述细胞包括人源性、动物源性或植物源性的一般细胞、干细胞或前体细胞。
本技术方案表明本申请的多肽可适用于各类细胞,包括人类、动物及植物的细胞,且适用于各类分化阶段的细胞,包括一般细胞、干细胞及前体细胞,本申请促进这些细胞的贴附、增殖、迁移及分化。
作为优选的技术方案,所述材料包括细胞培养材料、生物材料、医疗器械或种植体。
作为优选的技术方案,所述细胞培养材料包括细胞培养器皿或三维细胞培养材料。
本技术方案表明本申请的多肽载体材料种类多样,与生物医疗相关、需要进行细胞培养的材料均可适用本申请。
作为优选的技术方案,所述表面为内表面或外表面中的一种或两种,所述内部为基质内部。
本技术方案表明需要进行细胞培养的载体材料表面或内部的具体位置,可以根据具体需求在内、外表面或材料基质内部进行包被多肽并进行细胞培养,以便促进这些细胞的贴附、增殖、迁移及分化。
本申请的一方面提供了一种促进细胞在材料表面和内部,种植体的表面和内部,细胞培养器皿的表面贴附和生长的方法。包括:将细胞培养器皿的表面,种植体内部和表面,生物材料的内部和表面等用含本发明所述的一个或多个多肽处理,以有效促进细胞的贴附生长等。
本申请公开了一类高活性的人工合成的类似ECM的应用。这些高活性的人工合成的类似ECM的材料是一类多肽,具有比提取的或重组表达的ECM蛋白类似、相当或更好地支持细胞贴附、增殖、分化或迁移的能力。具体地,这类多肽可以涂在细胞培养装置的表面,作为支持细胞培养的基质,为细胞提供粘附的位点,达到进一步促进细胞增殖、分化和迁移的目的。
作为优选的技术方案,一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的方法,包括步骤:
1)将所述多肽包被在所述材料表面及内部;
2)将所述细胞接种于所述多肽上;
3)置于培养条件下进行细胞培养。
本技术方案表明含有本申请所述的含一种或几种氨基酸序列的多肽来处理细胞培养器皿和装置的表面,在多肽处理过的表面接种细胞之后培养细胞,细胞即可有效贴附、增殖、迁移或者分化。
作为优选的技术方案,包括步骤:
1)将所述多肽加入三维细胞培养材料中:
2)将所述细胞接种于加入多肽的三维细胞培养材料中;
3)置于培养条件下进行细胞培养。
本技术方案表明在三维细胞培养材料,如水凝胶、多孔支架等中加入含一种或几种氨基酸序列的多肽,并在三维细胞培养材料表面或内部进行细胞培养,能促进细胞在该三维细胞培养材料表面或内部有效地贴附、成活、生长、增殖、迁徙或分化。
作为优选的技术方案,包括步骤:
1)将所述多肽包被于细胞培养器皿的表面:
2)将所述细胞接种于包被有多肽的细胞培养器皿的表面;
3)置于培养条件下进行细胞培养。
本技术方案表明在细胞培养器皿中的基础培养,如培养干细胞,可根据需要调节培养液类别进行干细胞的增殖或定向一级分化,并保持其干性。
作为优选的技术方案:所述多肽浓度为0.001nM-10000μM;所述细胞培养包括细胞的贴附培养、增殖培养、迁移培养或分化培养。
本技术方案表明多肽浓度跨度大,可根据需求进行浓度调节出最适合培养浓度,并支持各种细胞培养类型。
本发明的多肽组分具有ECM功能,采用此多肽组分进行细胞培养时可有效促进细胞的贴附、增殖、迁移或分化,在细胞培养、组织工程、高生物相容性医疗器械的开发等领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的多肽结构示意图;
图2为实施例1中神经干细胞在含有CCR序列的多肽涂层的表面的贴附和增殖示意图;
图3为实施例2中神经干细胞在含有WLC序列的多肽涂层的表面的贴附和增殖;
图4为实施例3中诱导多功能干细胞在含有CCR和WLC序列的多肽涂层的表面的贴附示意图。
具体实施方式
下面结合附图用具体实例予以说明本发明,应该理解的是,实例是用于说明本发明而不是对本发明的限制,本发明的范围与核心内容依据权利要求书加以确定。
实施例1
神经干细胞在含有CCR序列的多肽涂层的表面的贴附和增殖。
将人神经干细胞接种于用本申请所述含有CCR序列的多肽包被的细胞培养表面上;用含有FGF-2(20ng/mL)和EGF(20ng/mL)的神经干细胞培养液培养4天。如图2所示,第一排为人神经干细胞(hNSCs)在包被了动物源性的层黏连蛋白Laminin的生长情况,4天之内长满,第二排为hNSCs在本实施例所述含有CCR氨基酸序列的多肽的表面上的生长情况,4天之内长满;在层粘蛋白包被的培养表面,人神经干细胞贴附(第1天),逐渐增殖(1-4天)到在表面长满(第4天);在含有CCR序列的多肽包被的表面上贴附的hNSCs和在层黏连蛋白包被表面的hNSCs类似,细胞贴附效果好,增殖快,4天之内长满。含有CCR氨基酸序列的多肽处理组的细胞生长情况与层粘连蛋白处理组无显著差异。
本实施例的多肽组分具有ECM功能,采用此多肽组分进行细胞培养时可有效促进细胞的贴附、增殖、迁移或分化,在细胞培养、组织工程、高生物相容性医疗器械的开发等领域具有良好的应用前景。
实施例2
神经干细胞在含有WLC序列的多肽涂层的表面的贴附和增殖。
将人神经干细胞接种于用本发明所述含有WLC序列的多肽包被的细胞培养表面上;用含有FGF-2(20ng/mL)和EGF(20ng/mL)的神经干细胞培养液培养4天。如图3所示,第一排为人神经干细胞(hNSCs)在包被了动物源性的层黏连蛋白Laminin的生长情况,4天之内长满,第二排为hNSCs在本实施例所述含有WLC氨基酸序列的多肽的表面上的生长情况,4天之内长满;在层粘蛋白包被的培养表面,人神经干细胞贴附(第1天),逐渐增殖(1-4天)到在表面长满(第4天)。在含有WLC序列的多肽包被的表面上贴附的hNSCs和在层黏连蛋白包被表面的hNSCs类似,细胞贴附效果好,增殖快,4天之内长满。含有WLC氨基酸序列的多肽处理组的细胞生长情况与层粘连蛋白处理组无显著差异。
本实施例的多肽组分具有ECM功能,采用此多肽组分进行细胞培养时可有效促进细胞的贴附、增殖、迁移或分化,在细胞培养、组织工程、高生物相容性医疗器械的开发等领域具有良好的应用前景。
实施例3
诱导多功能干细胞在含有CCR和WLC序列的多肽涂层的表面的贴附。
将人多功能干细胞接种于用本发明所述含有CCR和WLC序列的多肽包被的细胞培养表面上。用mTeSRTM的培养液培养人诱导多功能干细胞培养液培养一周。如图4所示,在胚胎小鼠成纤维细胞的滋养层(MEF)包被的培养表面,人诱导多功能干细胞形成colony;左图为人诱导多功能干细胞(h-iPSCs)在包被了胚胎小鼠成纤维细胞的滋养层(MEF)的生长情况,一周之内形成colony;右图为h-iPSCs在本实施例所述含有CCR和WLC氨基酸序列的多肽的表面上的生长情况。一周之内形成colony。在含有CCR和WLC序列的多肽包被的表面上贴附的h-iPSCs和在MEF包被表面贴附的h-iPSCs类似,细胞贴附效果好,形成colony。含有CCR和WLC序列的多肽处理组的细胞生长情况与MEF包被组无显著差异。
本实施例的多肽组分具有ECM功能,采用此多肽组分进行细胞培养时可有效促进细胞的贴附、增殖、迁移或分化,在细胞培养、组织工程、高生物相容性医疗器械的开发等领域具有良好的应用前景。
以上所述的实施例只是本发明的较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (9)

1.一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分,其特征在于:包括多肽,所述多肽包含氨基酸序列:半胱氨酸-半胱氨酸-精氨酸(CCR)、精氨酸-半胱氨酸-半胱氨酸(RCC)、色氨酸-亮氨酸-半胱氨酸(WLC)、半胱氨酸-亮氨酸-色氨酸(CLW)中的一个或多个。
2.根据权利要求1所述的一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分,其特征在于:所述细胞包括人源性、动物源性或植物源性的一般细胞、干细胞或前体细胞。
3.根据权利要求1所述的一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分,其特征在于:所述材料包括细胞培养材料、生物材料、医疗器械或种植体。
4.根据权利要求3所述的一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分,其特征在于:所述细胞培养材料包括细胞培养器皿或三维细胞培养材料。
5.根据权利要求1所述的一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的组分,其特征在于:所述表面为内表面或外表面中的一种或两种,所述内部为基质内部。
6.一种根据权利要求1所述的促进细胞在材料表面及内部贴附生长的方法,其特征在于,包括步骤:
1)将所述多肽包被在所述材料表面及内部;
2)将所述细胞接种于所述多肽上;
3)置于培养条件下进行细胞培养。
7.根据权利要求6所述的一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的方法,其特征在于,包括步骤:
1)将所述多肽加入三维细胞培养材料中:
2)将所述细胞接种于加入多肽的三维细胞培养材料中;
3)置于培养条件下进行细胞培养。
8.根据权利要求6所述的一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的方法,其特征在于,包括步骤:
1)将所述多肽包被于细胞培养器皿的表面:
2)将所述细胞接种于包被有多肽的细胞培养器皿的表面;
3)置于培养条件下进行细胞培养。
9.根据权利要求6-8任一所述的一种促进细胞在材料表面及内部贴附生长的方法,其特征在于:所述多肽浓度为0.001nM-10000μM;所述细胞培养包括细胞的贴附培养、增殖培养、迁移培养或分化培养。
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