CN110331127B - 一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于组织工程技术领域,提出了一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,将瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白、瘢痕成纤维细胞与鼠尾胶原通过组织工程皮肤培养得到组织工程皮肤,包括以下步骤:S1.提取瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白;S2.提取瘢痕成纤维细胞;S3.将步骤S1得到的瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白、步骤S2得到的瘢痕成纤维细胞、鼠尾胶原混合培养;S4.培养一周后,加入表皮干细胞,培养至形成组织工程皮肤。通过上述技术方案,解决了现有技术中缺乏合适的人体瘢痕模型的问题。
Description
技术领域
本发明属于组织工程技术领域,涉及一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法。
背景技术
瘢痕是由于真皮中细胞外基质(ECM)成分累积,导致真皮结构改变和功能受损。皮肤受到损伤后,伤口凝血级联被激活,随后招募炎症早期免疫细胞,免疫细胞促进创面抗炎杀菌的同时,诱导血管生成和纤维化组织发生。在此过程中成纤维细胞被激活并转化为肌成纤维细胞,肌成纤维细胞分泌大量I型胶原等细胞外基质,此后转变为瘢痕并促进伤口愈合。
ECM的组成和结构对于维持组织的功能有重要作用,其围绕细胞、是细胞与外界交流的分子支架和连接通道,如蛋白多糖可保持组织的机械性能、形态;纤维蛋白可与生长因子结合并通过与细胞表面受体结合影响细胞行为。除此之外,弹性蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白和胶原是瘢痕组织中的主要成分。成纤维细胞激活转变为肌成纤维细胞后快速增殖并分泌大量细胞外基质,细胞外基质过度累积和病理性重塑,改变细胞微环境和组织的机械强度,引起慢性炎症的持续发生,进一步激活更多的肌成纤维细胞,形成恶性循环,最终导致细胞功能失调、组织病变。
实际上,人体内的每个器官都会受到生理和病理性纤维化反应的影响,但是目前,临床对于纤维化疾病的治疗方法有限。只有针对用于肺纤维化的两种药物,吡非尼酮和nintedanib,而对于众多瘢痕患者并没有可以用于治疗的药物。主要在于其发病机制复杂,涉及到多种分子机制,单一药物不能起到很好的治疗效果。究其原因,主要在于瘢痕分子机制不够明确,且瘢痕研究多基于各种动物模型,其治疗药物在用于人体时达不到与动物模型一样的效果。合适的人体瘢痕模型缺乏,严重阻碍了瘢痕分子机制研究以及治疗药物筛选。
发明内容
本发明提出一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,解决了现有技术中缺乏合适的人体瘢痕模型的问题。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,将瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白、瘢痕成纤维细胞与鼠尾胶原通过组织工程皮肤培养得到组织工程皮肤。
作为进一步的技术方案,包括以下步骤:
S1.提取瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白;
S2.提取瘢痕成纤维细胞;
S3.将步骤S1得到的瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白、步骤S2得到的瘢痕成纤维细胞、鼠尾胶原混合培养,得到人工真皮;
S4.加入表皮干细胞,培养至形成组织工程皮肤。
作为进一步的技术方案,所述瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白的浓度为5.8mg/mL,其在所述组织工程皮肤中的终浓度为2.5mg/ml,所述瘢痕成纤维细胞的细胞浓度为1×106个/mL。
作为进一步的技术方案,所述提取瘢痕成纤维细胞具体为从瘢痕皮肤细胞中利用组织块法提取瘢痕成纤维细胞。
作为进一步的技术方案,步骤S1具体包括以下步骤:
S11.将瘢痕皮肤在中性蛋白酶中消化过夜;
S12.分离瘢痕皮肤真皮和表皮;
S13.将步骤S12得到的分离后的瘢痕皮肤真皮组织放入脱细胞溶液中,4℃浸泡过夜;
S14.将浸泡后的瘢痕皮肤真皮组织用无菌PBS洗涤24h,摇晃,得到瘢痕皮肤脱细胞真皮组织;
S15.将步骤S14得到的瘢痕皮肤脱细胞真皮组织冻干,得到瘢痕皮肤脱细胞真皮组织粉末;
S16.将步骤S15得到的瘢痕皮肤脱细胞真皮组织粉末用乙酸和胃蛋白酶溶解,得到瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白。
作为进一步的技术方案,步骤S13中脱细胞溶液由0.5%SDS+0.5%Triton-100配制而成。
作为进一步的技术方案,S14中摇晃具体为先水平摇床摇晃,摇晃过程中每隔2~3h换液1次,换液4~5次后,换无菌PBS室温摇晃过夜。
作为进一步的技术方案,步骤S2具体包括以下步骤:
S21.将瘢痕皮肤用DMEM/F12培养基浸湿后放入培养皿,培养;
S22.培养一周后,将瘢痕皮肤组织从培养皿移出后,向培养皿中加入足量培养基培养;
S23.去掉培养基,加入浓度为0.25%的EDTA-胰酶消化;
S24.加入完全培养基中和胰酶,收集瘢痕皮肤细胞,离心;
S25.用完全培养基重悬瘢痕细胞,得到瘢痕成纤维细胞。
作为进一步的技术方案,步骤S3具体包括以下步骤:
S31.将鼠尾胶原加入到12孔板Transwell孔上,静置使其凝固;
S32.向凝固的鼠尾胶原胶原中依次加入10×DMEM培养基、谷氨酰胺、血清、瘢痕脱细胞真皮基质蛋白、NaOH,混匀,得到混合液;
S33.将步骤S25得到的瘢痕成纤维细胞加入浓度为0.25%的EDTA-胰酶消化,加入培养基调整瘢痕成纤维细胞的细胞浓度为1×106个/mL;
S34.将步骤S32得到的混合液与步骤S33得到的瘢痕成纤维细胞混合,吹打混匀后加入12孔板Tranwell孔中,静置使其凝固,得到凝固的混合液;
S35.向步骤S34得到的凝固的混合液中添加培养基使培养基没过上层胶,培养一周后,得到人工真皮。
作为进一步的技术方案,步骤S32中每500ul鼠尾胶原中加入10×DMEM培养基75ul、谷氨酰胺7ul、血清84ul、瘢痕脱细胞真皮基质蛋白300ul、40ulNaOH。
本发明的工作原理及有益效果为:
本发明中,采用瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白作为微环境,采用瘢痕成纤维细胞作为种子细胞,通过组织工程皮肤培养的方法,成功在体外构建了人体组织工程瘢痕皮肤模型,通过HE染色结果可以看出,本发明构建的组织工程瘢痕皮肤模型与人体瘢痕皮肤形态和结构一致,为瘢痕分子机制研究和治疗瘢痕药物的筛选提供了模型,填补了人体瘢痕皮肤模型的空白,解决了现有技术中缺乏合适的人体瘢痕模型的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1制备的组织工程瘢痕皮肤模型冰冻切片的HE染色照片;
图中:A-瘢痕皮肤模型,B-瘢痕皮肤,C-正常皮肤。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,包括以下步骤:
S1.提取瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白:
S11.将瘢痕皮肤用含10%双抗的PBS洗两遍,用剪刀将瘢痕皮肤剪成1cm╳1cm大小后在中性蛋白酶(2mg/ml)中4℃消化过夜;
S12.用镊子分离瘢痕皮肤真皮和表皮;
S13.将步骤S12得到的分离后的瘢痕皮肤真皮组织剪成2mm╳2mm大小,厚度也切成2mm,配制脱细胞溶液0.5%SDS+0.5%Triton-100,将切好的瘢痕皮肤真皮组织放入配制好的脱细胞溶液中,4℃浸泡过夜;
S14.将浸泡后的瘢痕皮肤真皮组织拿出,用无菌PBS洗涤24h并用水平摇床摇晃,摇晃过程中每隔2~3h换液1次,换液4-5次后,换无菌PBS室温摇晃过夜,得到瘢痕皮肤脱细胞真皮组织;
S15.将步骤S14得到的瘢痕皮肤脱细胞真皮组织冷冻干燥机冻干并研磨成粉,用2.5%戊二醛45℃熏蒸6h灭菌,得到瘢痕皮肤脱细胞真皮组织粉末;
S16.配制0.5M乙酸并加入3mg/ml胃蛋白酶,称取步骤S15得到的瘢痕皮肤脱细胞真皮组织粉末,每100mg瘢痕皮肤脱细胞真皮组织粉末中加入10ml配制好的乙酸溶液,4℃静置一周溶解,其中每隔一天颠倒摇晃数次,得到瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白,采用BCA法检测脱细胞真皮蛋白溶液蛋白浓度为5.8mg/mL;
S2.提取瘢痕成纤维细胞:
S21.将瘢痕皮肤用含10%双抗的PBS洗两遍,用剪刀将瘢痕皮肤剪成1mm╳1mm大小碎片,将瘢痕皮肤碎片用DMEM/F12培养基浸湿后放入培养皿,37℃恒温培养箱培养,每天添加0.5ml培养基,以免组织变干;
S22.培养一周后,将瘢痕皮肤组织从培养皿移出后,向培养皿中加入足量培养基培养;
S23.去掉培养基,用PBS洗两遍,加入2ml浓度为0.25%的EDTA-胰酶在37℃消化2min;
S24.加入2ml完全培养基中和胰酶,收集瘢痕皮肤细胞于15ml离心管,在1500rpm的转速下离心5min;
S25.用完全培养基重悬瘢痕细胞,得到瘢痕成纤维细胞;
S3.将步骤S16得到的瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白、步骤S25得到的瘢痕成纤维细胞、鼠尾胶原混合培养:
S31.在12孔板Transwell孔上室加入250ul鼠尾胶原,室温静置30min使其凝固;
S32.取500ul凝固的鼠尾胶原胶原,依次加入10×DMEM培养基75ul、谷氨酰胺7ul、血清84ul、瘢痕脱细胞真皮基质蛋白300ul、40ulNaOH,吹打混匀,得到混合液;
S33.将步骤S25得到的瘢痕成纤维细胞加入浓度为0.25%的EDTA-胰酶消化,加入培养基调整瘢痕成纤维细胞的细胞浓度为1×106个/mL;
S34.取步骤S25得到的瘢痕成纤维细胞69ul,与步骤S32得到的混合液混合,吹打混匀后加入12孔板Tranwell孔中,室温静置30min使其凝固,得到凝固的混合液;
S35.向步骤S34得到的凝固的混合液中添加培养基使培养基没过上层胶,3天后换液,培养一周,得到人工真皮;
S4.加入表皮干细胞,培养至形成组织工程皮肤:
S41.将步骤S35得到的人工真皮吸去培养基,静置20min,将表皮干细胞滴在人工真皮中央,静置15min,置于培养箱中培养60min;
S42.加入表皮干细胞培养基,上室2ml,下室2ml,培养一周,培养过程中每两天换一次液;
S43.吸去培养基,下室加入2ml角质化培养基,上室不加培养基,使液面与人工真皮持平,形成气液平面培养,培养过程中每两天换一次液,培养4天,形成组织工程皮肤。
其中,瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白在组织工程皮肤中的终浓度为2.5mg/ml,表皮干细胞来源于商业化的永生化表皮干细胞,瘢痕成纤维细胞和表皮干细胞均为P2-P5代细胞。
将实施例1制备的组织工程瘢痕皮肤模型以及瘢痕皮肤和正常皮肤冰冻切片后进行HE染色,结果如图1所示。
从图1中可以看出,实施例1制备的组织工程瘢痕皮肤模型胶原束明显,呈单一走向,与瘢痕皮肤中的胶原束类似,而正常皮肤中胶原方向多元化,结构松散。说明本发明构建的组织工程瘢痕皮肤模型与疤痕皮肤形态结构一致。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,其特征在于,将瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白、瘢痕成纤维细胞与鼠尾胶原通过组织工程皮肤培养得到组织工程皮肤,包括以下步骤:
S1.提取瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白;
S2.提取瘢痕成纤维细胞;
S3.将步骤S1得到的瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白、步骤S2得到的瘢痕成纤维细胞、鼠尾胶原混合培养,得到人工真皮;
S4.加入表皮干细胞,培养至形成组织工程皮肤,
步骤S1具体包括以下步骤:
S11.将瘢痕皮肤在中性蛋白酶中消化过夜;
S12.分离瘢痕皮肤真皮和表皮;
S13.将步骤S12得到的分离后的瘢痕皮肤真皮组织放入脱细胞溶液中,4℃浸泡过夜;
S14.浸泡后用无菌PBS洗涤24h,摇晃,得到瘢痕皮肤脱细胞真皮组织;
S15.将步骤S14得到的瘢痕皮肤脱细胞真皮组织冻干,得到瘢痕皮肤脱细胞真皮组织粉末;
S16.将步骤S15得到的瘢痕皮肤脱细胞真皮组织粉末用乙酸和胃蛋白酶溶解,得到瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白。
2.根据权利要求1所述的一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,其特征在于,所述瘢痕组织脱细胞真皮基质蛋白的浓度为5.8mg/mL,其在所述组织工程皮肤中的终浓度为2.5mg/ml,所述瘢痕成纤维细胞的细胞浓度为1×106个/mL。
3.根据权利要求1所述的一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,其特征在于,所述提取瘢痕成纤维细胞具体为从瘢痕皮肤细胞中利用组织块法提取瘢痕成纤维细胞。
4.根据权利要求1所述的一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,其特征在于,步骤S13中脱细胞溶液由0.5%SDS+0.5%Triton-100配制而成。
5.根据权利要求1所述的一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,其特征在于,S14中摇晃具体为先水平摇床摇晃,摇晃过程中每隔2~3h换液1次,换液4~5次后,换无菌PBS室温摇晃过夜。
6.根据权利要求1所述的一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,其特征在于,步骤S2具体包括以下步骤:
S21.将瘢痕皮肤用DMEM/F12培养基浸湿后放入培养皿,培养;
S22.培养一周后,将瘢痕皮肤组织从培养皿移出后,向培养皿中加入足量培养基培养;
S23.去掉培养基,加入浓度为0.25%的EDTA-胰酶消化;
S24.加入完全培养基中和胰酶,收集瘢痕皮肤细胞,离心;
S25.用完全培养基重悬瘢痕细胞,得到瘢痕成纤维细胞。
7.根据权利要求1所述的一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,其特征在于,步骤S3具体包括以下步骤:
S31.将鼠尾胶原加入到12孔板Transwell孔上,静置使其凝固;
S32.向凝固的鼠尾胶原中依次加入10×DMEM培养基、谷氨酰胺、血清、瘢痕脱细胞真皮基质蛋白、NaOH,混匀,得到混合液;
S33.将步骤S25得到的瘢痕成纤维细胞加入浓度为0.25%的EDTA-胰酶消化,加入培养基调整瘢痕成纤维细胞的细胞浓度为1×106个/mL;
S34.将步骤S32得到的混合液与步骤S33得到的瘢痕成纤维细胞混合,吹打混匀后加入12孔板Tranwell孔中,静置使其凝固,得到凝固的混合液;
S35.向步骤S34得到的凝固的混合液中添加培养基使培养基没过上层胶,培养一周后,得到人工真皮。
8.根据权利要求7所述的一种组织工程瘢痕皮肤模型的制备方法,其特征在于,步骤S32中每500ul鼠尾胶原中加入10×DMEM培养基75ul、谷氨酰胺7ul、血清84ul、瘢痕脱细胞真皮基质蛋白300ul、40ulNaOH。
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