CN106987556A - 一种增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养基及培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养基,其特征在于:它以DMEM/DF12培养基为基础培养基,添加有胎牛血清,并且还添加有肿瘤坏死因子α或白介素1β。采用本发明培养基处理后的间充质干细胞,在微环境诱导下较未处理的间充质干细胞成骨和成软骨能力显著增强,而形态以及表面标记物均未发生变化,免疫原性低,并且细胞本身的凋亡率和衰老率也没有变化,作为骨组织工程种子细胞的应用前景优良。
Description
技术领域
本发明属于间充质干细胞和再生医学领域,具体涉及一种增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养基及培养方法。
背景技术
因感染、创伤、肿瘤及骨坏死等因素造成的骨缺损临床常见,传统方法采用自体骨和异体骨移植的方法进行治疗,但弊端甚多,如自体骨移植势必引起供骨区的损伤,而异体骨经灭菌处理缺乏自成骨能力且引起不同程度的排斥反应。同时,因退行性病变、外伤及炎症等疾病引起的软骨缺损,可产生疼痛等明显症状,严重时会引起相关功能丧失并严重影响生活质量,传统方法包括取非负重区软骨移植和软骨细胞移植等,但自体软骨移植同样会造成机体供区损伤,且若进行软骨细胞移植需要培养大量软骨细胞,而软骨组织中获得的软骨细胞数量少且培养难度大,故难以获得大量细胞,同时异体软骨细胞移植同样需要培养软骨细胞,且异体软骨细胞移植还会引发排斥反应,导致修复失败。
目前,组织工程学的方法为组织缺损修复开辟了新的途径。组织工程主要包含两个组成部分,一是种子细胞,另一个则是支架材料。目前采用的种子细胞多为间充质干细胞,间充质干细胞是一类具有自我更新、高速增殖、具多向分化潜能的一类细胞。间充质干细胞根据组织来源的不同分为多种类型的间充质干细胞,如骨髓间充质干细胞、乳牙牙髓间充质干细胞、脂肪间充质干细胞、脐带间充质干细胞等。脐带组织以其采集方便,组织量大、无伦理学问题等优点,逐渐成为科研和医学工作者的研究热点。
有学者将间充质干细胞作为种子细胞在体外进行成骨或成软骨细胞的诱导分化后进行移植,以弥补成骨和成软骨细胞数量不足的问题。但目前的诱导方法需在培养基内添加外源物质,如β-甘油磷酸钠、地塞米松、胰岛素等,对间充质干细胞均有一定毒副作用,且异体间充质干细胞进行成骨和成软骨分化诱导后会出现免疫原性上调,即丧失间充质干细胞低免疫原性的特性,在进行移植时会诱使受体免疫系统的排斥反应,对移植细胞进行免疫攻击。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养基及培养方法。
本发明增强间充质干细胞成骨和/或成软骨分化特性的培养基,它以DMEM/DF12培养基为基础培养基,添加有胎牛血清,并且还添加有肿瘤坏死因子α或白介素1β。
优选地,所述胎牛血清与DMEM/DF12培养基的体积比为(8~15:92~85),优选为10:90。
优选地,所述肿瘤坏死因子α为人源肿瘤坏死因子α,优选为重组人源肿瘤坏死因子α;所述白介素1β为人源白介素1β,优选为重组人源白介素1β。
优选地,所述肿瘤坏死因子α或白介素1β的终浓度为15~25ng/ml,优选为20ng/ml。
本发明提供了前述培养基在增强间充质干细胞成骨和/或成软骨分化特性的用途。
其中,它是增强间充质干细胞在诱导微环境中成骨和/或成软骨的分化特性。
其中,所述间充质干细胞是脐带间充质干细胞。
本发明还提供了一种增强间充质干细胞成骨和/或成软骨分化特性的方法,步骤如下:取间充质干细胞,置于前述培养基中培养,即可。
优选地,步骤如下:按每毫升2.5×104~5×104个间充质干细胞的密度重悬于权利要求1~4任意一项所述培养基,培养72~120h。
进一步优选地,按每毫升3.33×104个间充质干细胞的密度重悬于要求1~4任意一项所述培养基,培养72h。
采用本发明培养基和方法处理脐带间充质干细胞后,不会引起脐带间充质干细胞的衰老或者凋亡,且在未移植前不会使脐带间充质干细胞分化为成骨或软骨细胞,故移植后不会引起受体免疫排斥反应,有且仅有在诱导微环境下才会发生分化,并表现出更强的成骨和成软骨特性。该培养基配制简单,培养方法简便,可广泛用于骨和软骨组织缺损修复,前景广阔。
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为脐带间充质干细胞的原代培养及鉴定
图2为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对照获得脐带间充质干细胞的成骨特性鉴定
图3为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对照获得脐带间充质干细胞的成软骨特性鉴定
图4为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对照脐带间充质干细胞培养72小时形态特征
图5为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对照脐带间充质干细胞培养72小时衰老检测结果
图6为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对照脐带间充质干细胞培养72小时凋亡检测结果
具体实施方式
主要仪器及试剂:
主要仪器及耗材:生物安全柜、倒置相差显微镜、CO2细胞培养箱、电动移液器、医用有齿镊、医用眼科剪、细胞筛、培养皿、培养瓶、六孔板、移液管
主要试剂:DMEM培养基,购自Gibco公司;Ham's F-12K培养基,购自Gibco公司;重组人源肿瘤坏死因子α,购自Peprotech公司;重组人源白介素1β,购自Peprotech公司;TrypLE Select,购自Gibco公司;磷酸缓冲液,购自GE公司。
实施例1本发明增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养方法
(1)脐带间充质干细胞的原代及传代培养
脐带取自足月剖腹产的健康产妇,无菌采集后放于磷酸缓冲溶液中4℃保存,24小时内处理;
在无菌操作台内取出脐带,反复用磷酸盐缓冲液清洗,直至清洗后的液体透明;
将清洗后的脐带剪成2厘米小段,拔除动脉及静脉血管并剪除脐带外围的羊膜组织,将剩余组织剪成1立方毫米左右小块,混合2毫升含10%胎牛血清的DMEM/F12培养基并均匀地铺在培养皿内,20小时后补液8毫升;
10~14天后,待细胞汇合率达25%,用胰酶替代物TrypLE Select进行消化,待细胞变圆后加入十倍体积磷酸盐缓冲液进行稀释并吹打洗涤,收集细胞悬液,200目细胞筛过滤后离心接种;
待传代细胞汇合度达85%进行新一轮传代。
(2)增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养方法
待前述方法获得的P2代脐带间充质干细胞细胞汇合度达85%,用胰酶替代物TrypLE Select进行消化;
将6×105个细胞重悬于18毫升含10%胎牛血清的DMEM/DF12培养基中,培养基中添加有含有工作浓度为20ng/ml重组人源肿瘤坏死因子α;
将细胞悬液平均接种至六孔板中的六孔中,每孔3毫升,培养72小时。
实施例2本发明增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养
(1)脐带间充质干细胞的原代及传代培养
同实施例1。
(2)增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养方法
待前述方法获得的P2代脐带间充质干细胞细胞汇合度达85%,用胰酶替代物TrypLE Select进行消化;
将6×105个细胞重悬于18毫升含10%胎牛血清的DMEM/DF12培养基中,其中含有工作浓度为20ng/ml重组人源白介素1β;
将细胞悬液平均接种至六孔板中的六孔中,每孔3毫升,培养72小时。
实施例3本发明增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养
(1)脐带间充质干细胞的原代及传代培养
同实施例1。
(2)增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养方法
待前述方法获得的P2代脐带间充质干细胞细胞汇合度达85%,用胰酶替代物TrypLE Select进行消化;
将6×105个细胞重悬于24毫升含8%胎牛血清的DMEM/DF12培养基中,其中含有工作浓度为15ng/ml重组人源白介素1β;
将细胞悬液平均接种至十二孔板中的八孔中,每孔3毫升,培养90小时。
实施例4本发明增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养
(1)脐带间充质干细胞的原代及传代培养
同实施例1。
(2)增强脐带间充质干细胞成骨和成软骨分化特性的培养方法
待前述方法获得的P2代脐带间充质干细胞细胞汇合度达85%,用胰酶替代物TrypLE Select进行消化;
将6×105个细胞重悬于12毫升含15%胎牛血清的DMEM/DF12培养基中,其中含有工作浓度为25ng/ml重组人源肿瘤坏死因子α;
将细胞悬液平均接种至六孔板中的四孔中,每孔3毫升,培养120小时。
以下用实验例的方式来说明本发明的有益效果:
实验例1本发明方法处理后的脐带间充质干细胞的性质
1、实验材料
本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例4处理后的脐带间充质干细胞;
对照(一般培养获得的脐带间充质干细胞),培养方法如下:其脐带间充质干细胞的原代及传代培养同实施例1,获得的P2代脐带间充质干细胞细胞汇合度达85%,用胰酶替代物TrypLE Select进行消化;将6×105个细胞重悬于18毫升含10%胎牛血清的DMEM/DF12培养基中;将细胞悬液平均接种至六孔板中的六孔中,每孔3毫升,培养72小时。
2、检测方法
(1)脐带间充质干细胞的表面标记物鉴定
将实施例1、实施例2、实施例3或者实施例4和对照六孔板中培养72小时的细胞用TrypLE Select消化收集后,于室温500g离心5~10分钟,收集细胞沉淀;
用含2%胎牛血清的磷酸盐缓冲液重悬细胞,计数后调整细胞密度为3×106个/毫升。
取1毫升单细胞悬液加入离心管中,分别按加入荧光标记流式抗体:CD45,CD90,CD105及HLA-DR于4℃避光孵育30分钟。
含2%胎牛血清的磷酸盐缓冲液洗涤2次,500g离心5分钟。
弃上清控干,加300微升磷酸盐缓冲液重悬细胞,筛网过滤后用流式细胞仪检测。
(2)脐带间充质干细胞的成骨和成软骨分化鉴定
将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4或对照中六孔板每孔上清吸弃,并用磷酸盐缓冲液洗涤两次;
将洗涤后的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4或者对照中六孔板前三孔加入Gibco公司成骨诱导液,后三孔加入Gibco公司成软骨诱导液,每3~4天换液一次;
21天后,吸除成骨诱导液上清,磷酸盐缓冲液冲洗3次后用4%多聚甲醛固定10分钟,茜素红染色5分钟后用蒸馏水冲洗,镜下观察并拍照。
21天后,吸除成软骨诱导液上清,磷酸盐缓冲液冲洗3次后用4%多聚甲醛固定10分钟,经0.1%盐酸预处理5分钟后磷酸盐缓冲液洗涤两次,阿尔新蓝溶液染色30分钟后用蒸馏水冲洗,镜下观察并拍照。
(3)脐带间充质干细胞衰老及凋亡检测
衰老检测:
将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4或对照六孔板中培养72小时的细胞,吸除细胞培养液,用磷酸盐缓冲液洗涤1次,加入1毫升β-半乳糖苷酶染色固定液,室温固定15分钟;
吸除细胞固定液,用磷酸盐缓冲液洗涤细胞3次,每次3分钟;
吸除磷酸盐缓冲液,每孔加入1毫升β-半乳糖苷酶染色工作液染色过夜;
显微镜下观察并拍照。
凋亡检测:
将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4或对照六孔板中培养72小时的细胞用TrypLE Select消化收集后,于室温500g离心5~10分钟,收集细胞沉淀;
用预冷磷酸盐缓冲液(4℃)重悬细胞一次,500g离心5~10分钟,洗涤细胞
加入300微升的磷酸盐缓冲液重悬细胞;
加入5微升的Annexin V-FITC混匀后,避光,室温孵育15分钟,再加入5微升的碘化丙啶染色5分钟用流式细胞仪进行凋亡检测。
3、实验结果
(1)表面标记物
原代脐带间充质干细胞在7-10天即可看到从组织块边缘爬出,所分离培养的脐带间充质干细胞形态为典型间充质干细胞所呈的长梭形,培养出的细胞强阳性表达间充质干细胞表面标记物CD90和CD105,不表达CD45和HLA-DR,如图1所示。
本发明所提供的由DMEM/F12添加重组人源肿瘤坏死因子α或重组人源白介素1β配制而成的培养基培养脐带间充质干细胞72小时,较一般的DMEM/F12培养基,脐带间充质干细胞典型表面标记物并未发生改变,如表1所示:
表1表面标记物
(2)成骨和成软骨分化鉴定
本发明所提供的由DMEM/F12添加重组人源肿瘤坏死因子α或重组人源白介素1β配制而成的培养基培养的脐带间充质干细胞,在成骨诱导微环境中较一般的DMEM/F12培养基,成骨均明显增强,如图2所示;
本发明所提供的由DMEM/F12添加重组人源肿瘤坏死因子α或重组人源白介素1β配制而成的培养基培养的脐带间充质干细胞,在成软骨诱导微环境中较一般的DMEM/F12培养基,成软骨能力均明显增强,如图3所示;
(3)形态、衰老及凋亡检测
本发明所提供的由DMEM/F12添加重组人源肿瘤坏死因子α或重组人源白介素1β配制而成的培养基培养脐带间充质干细胞72小时,较一般的DMEM/F12培养基,脐带间充质干细胞形态并未明显改变,如图4所示;
本发明所提供的由DMEM/F12添加重组人源肿瘤坏死因子α或重组人源白介素1β配制而成的培养基培养脐带间充质干细胞72小时,较一般的DMEM/F12培养基,并未引起脐带间充质干细胞衰老增加,如图5所示;
本发明所提供的由DMEM/F12添加重组人源肿瘤坏死因子α或重组人源白介素1β配制而成的培养基培养脐带间充质干细胞72小时,较一般的DMEM/F12培养基,并未引起脐带间充质干细胞凋亡率上升,如图6所示。
综上,采用本发明方法体外处理后的间充质干细胞,移植入体内后的成骨以及成软骨能力明显提高,而形态以及表面标记物均未发生变化,免疫原性低,并且细胞本身的凋亡率和衰老率也没有变化,作为种子细胞的应用前景优良。
Claims (10)
1.一种增强间充质干细胞的成骨和/或成软骨分化特性的培养基,其特征在于:它以DMEM/DF12培养基为基础培养基,添加有胎牛血清,并且还添加有肿瘤坏死因子α或白介素1β。
2.根据权利要求1所述的培养基,其特征在于:所述胎牛血清与DMEM/DF12培养基的体积比为(8~15:92~85),优选为10:90。
3.根据权利要求1所述的培养基,其特征在于:所述肿瘤坏死因子α为人源肿瘤坏死因子α,优选为重组人源肿瘤坏死因子α;所述白介素1β为人源白介素1β,优选为重组人源白介素1β。
4.根据权利要求1所述的培养基,其特征在于:所述肿瘤坏死因子α或白介素1β的终浓度为15~25ng/ml,优选为20ng/ml。
5.权利要求1~4任意一项所述培养基在增强间充质干细胞成骨和/或成软骨分化特性的用途。
6.根据权利要求5所述的用途,其特征在于:它是增强间充质干细胞在诱导微环境中成骨和成软骨的分化特性。
7.根据权利要求5或6任意一项所述的用途,其特征在于:所述间充质干细胞是脐带间充质干细胞。
8.一种增强间充质干细胞成骨和/或成软骨分化特性的方法,其特征在于:步骤如下:取间充质干细胞,置于权利要求1~4任意一项所述培养基中培养,即可。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:步骤如下:按每毫升2.5×104~5×104个间充质干细胞的密度重悬于权利要求1~4任意一项所述培养基,培养72~120h。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:按每毫升3.33×104个间充质干细胞的密度重悬于要求1~4任意一项所述培养基,培养72h。
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KOSHIRO SONOMOTO,ET AL.: "Interleukin-1β Induces Differentiation of Human Mesenchymal Stem Cells Into Osteoblasts via the Wnt-5a/Receptor Tyrosine Kinase–like Orphan Receptor 2 Pathway", 《ARTHRITIS & RHEUMATISM》 * |
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张令春,等: "肿瘤坏死因子对脐带间充质干细胞成骨分化的影响", 《中国临床药理学杂志》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN117603909A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-02-27 | 四川新生命干细胞科技股份有限公司 | 高免疫抑制的UCMSCs及其培养方法、试剂与应用 |
CN117603909B (zh) * | 2024-01-19 | 2024-04-12 | 四川新生命干细胞科技股份有限公司 | 高免疫抑制的UCMSCs及其培养方法、试剂与应用 |
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