CN111004777A - 一种间充质干细胞培养的补料及培养方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及干细胞培养技术领域,尤其涉及一种间充质干细胞培养的补料及培养方法。本发明提供的间充质干细胞培养的补料包括:葡萄糖、碳酸氢钠、大豆或麦麸或棉籽水解物、非必须氨基酸混合液、谷氨酰胺、丙酮酸钠、人表皮生长因子、重组人碱性成纤维细胞生长因子和亚油酸。其能够为干细胞的生长、增殖提供充足的营养,维持培养体系pH值的稳定,有利于细胞高密度培养,维持旺盛的增殖能力与良好的干性、活性。实验表明,在大规模干细胞培养中(体系为3L),采用本发明提供的补料配合现有的完全培养基,培养120h后,扩增倍数可达17.63,活率可达95.82%。
Description
技术领域
本发明涉及干细胞培养技术领域,尤其涉及一种间充质干细胞培养的补 料及培养方法。
背景技术
干细胞及其代表的再生医学领域研究近二十年来不断取得重大技术突 破,引发了人们对干细胞技术产业化及临床应用的高度重视。随着干细胞产 业的发展与逐渐规范,“细胞治疗及临床转化”成为我国健康保障发展的重 大课题。截止到2019年,全球已有16款干细胞产品上市,其中间充干细胞 (Mesenchymal stem cells,MSCs)由于具有多种优点而成为产品最多,发展最为 迅猛的干细胞类型。间充质干细胞来源于发育早期的中胚层,是一类非造血 干细胞,其广泛存在于骨髓、皮下脂肪、骨外膜、肌肉、滑膜、滑液、肝脏、 外周组织、脐带、脐带血及胎盘等组织。MSCs具有高度自我更新能力、多向 分化潜能,可在体外培养扩增,不仅能够支持造血干细胞的生长,还具有免 疫调控的作用;不同的诱导条件下,在体外可分化为骨、软骨、肌肉、神经、 心肌、内皮和脂肪等,连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能,可 作为理想的种子细胞用于衰老和病变引起的组织器官损伤修复。因此,MSCs 具有广阔的临床应用前景,是细胞替代治疗和组织工程的首选种子细胞,是 移植领域和自身性免疫疾病治疗的研究热点。目前行业内对规模化、标准化、 产业化的,可临床应用的间充质干细胞相关技术与产品的需求呼声越来越高。
在生物医学工程领域的研究中,大量种子细胞的获取往往需要通过干细 胞的体外培养和收获来实现。目前,大部分相关的研究所用的MSCs均采用传 统的二维静态的平面培养,二维平面培养的扩增效率有限,为了得到大量细 胞,需要经过逐次的传代扩增,而有国内外研究发现,过多的传代次数会造 成干细胞扩增能力及粘附能力下降,细胞凋亡率上升,同时伴随基因表达谱 的显著变化,且频繁的人为传代操作过程极大增加了细菌及病毒污染的可能 性。因此,研究人员的目光转向了传统的工程细胞株的三维培养工艺,开始 研发适合MSCs大规模培养的三维培养体系和培养工艺。其中,微载体培养体 系是目前研究最为广泛的模式。
微载体是指一些具有特定直径范围且能适合贴壁细胞生长的微珠,其为 细胞提供可供贴附的生存空间。研究表明,微载体培养技术是一种有效的细 胞大规模扩增手段,且微载体悬浮培养系统有利于贴壁细胞的生长,利用微 载体生物反应器获得足够数量的种子细胞一直是组织工程的研究热点。微载 体技术较传统平面细胞培养方式具有许多优势,如各种环境参数如pH值、溶 氧量、葡萄糖浓度、乳酸积累浓度等更容易被控制和监测,且具有更大的培 养面积。
在培养工艺方面,当前哺乳动物细胞培养工艺(如CHO、VERO、293) 中主要是补料分批培养和灌注连续培养两种模式,补料分批培养工艺是间歇 或连续向细胞罐内添加浓缩的培养基或营养成分,直至批次培养结束对产物 进行收集纯化,工艺规模容易放大,操作简便,具有较高的体积产率。目前, 国内外MSC三维培养的研究,在进行微载体系统三维培养时,大多没有采用 补料培养或者灌注连续培养的方式,或者从开始培养到中期补料、灌注,均 只采用单一的培养液,但这种方式大部分情况下无法实现高密度、大规模培 养;而有些培养液虽能很好地支持细胞生长,但可能导致细胞表达产物能力 降低,甚至丧失。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种间充质干细胞培养的 补料及培养方法,该补料物动物源成分,配合干细胞培养基使用,能够提高 干细胞的培养的活率,维持干细胞的干性。
本发明提供的细胞培养的补料,其包括水和如下组分:
一些实施例中,所述补料由水和如下组分组成:
本发明所述补料的制备方法为,将各组分混合溶解,调整pH值为7.0, 定容。
本发明所述的补料在间充质干细胞培养中的应用。
本发明中,所述间充质干细胞为脂肪间充质干细胞、脐带间充质干细胞 或骨髓间充质干细胞。
本发明还提供了一种间充质干细胞的培养基组合,其包括完全培养基和 补料培养基;
所述补料培养基由完全培养基和本发明所述的补料组成。
本发明所述的补料培养基中,完全培养基的体积分数为90%~95%;所述 的补料的体积分数为5%~10%。
一些具体实施例中,所述完全培养基的体积分数为90%;所述的补料的 体积分数为10%。或者完全培养基的体积分数为95%;所述的补料的体积分 数为5%。
本发明还提供了一种间充质干细胞的培养方法,其包括:
将间充质干细胞与微载体接种至完全培养基,溶氧量50%±0.5%培养48~60h后,以补料培养基进行补料,溶氧量40%±0.5%培养至120h;
所述补料培养基由完全培养基和本发明所述的补料组成。
在本发明的培养方法中:
所述间充质干细胞的接种量为2.5×104cells/mL;所述微载体的接种量为 3g/L;所述培养体系的体系为3L。
所述微载体在培养前经孵育,具体为:将微载体用PBS浸泡3h,更换新 鲜PBS,121℃高压蒸汽灭菌20min,去除PBS后加入完全培养基,37℃孵 育4h。
所述培养的条件为37℃搅拌培养,所述搅拌的程序为:
0~4h间歇搅拌:60rpm搅拌5min,停止15min,循环;
4~120h持续搅拌:100rpm。
所述补料添加补料培养基的体积为培养体系的1/3~2/3。一些具体实施例 中,所述补料添加补料培养基的体积为培养体系的1/3。
本发明提供的间充质干细胞培养的补料包括:葡萄糖、碳酸氢钠、大豆 或麦麸或棉籽水解物、非必须氨基酸混合液、谷氨酰胺、丙酮酸钠、人表皮 生长因子、重组人碱性成纤维细胞生长因子和亚油酸。其能够为干细胞的生 长、增殖提供充足的营养,维持培养体系pH值的稳定,有利于细胞高密度培 养,维持旺盛的增殖能力与良好的干性、活性。实验表明,在大规模干细胞 培养中(体系为3L),采用本发明提供的补料配合现有的完全培养基,培养 120h后,扩增倍数可达17.63,活率可达95.82%。
附图说明
图1示各组MSCs不同时间点形态图(100×);
图2示各组UC-MSCs细胞扩增倍数;
图3示各组UC-MSCs细胞活率;
图4示pH值监测结果图;
图5各组UC-MSCs成脂分化效果图;
图6各组UC-MSCs成骨分化效果图。
具体实施方式
本发明提供了一种间充质干细胞培养的补料及培养方法,本领域技术人 员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类 似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在 本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明 显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适 当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
本发明采用的试材皆为普通市售品,皆可于市场购得。
本发明中,所述大豆或麦麸或棉籽水解物即指大豆水解物、麦麸水解物 或棉籽水解物,在本发明实施例中,采用的为大豆水解物。
所述非必须氨基酸混合液于市场购得,具体实施例中,采用的是100×的 非必须氨基酸混合液。本发明所述人表皮生长因子为重组人表皮生长因子, 所述人碱性成纤维细胞生长因子为重组人碱性成纤维细胞生长因子,
下面结合实施例,进一步阐述本发明:
实施例1 MSCs大规模培养工艺
细胞类型:脐带来源的MSCs;选择P3代细胞开展实验,按1×104/cm2密度接种于T175培养瓶中,置于5%CO2培养箱37℃培养。培养3-4天后细 胞汇合度达90%以上,收集足够的细胞备用;
微载体类型:Cytodex-1;
生物反应器类型:Applikon生物反应器(5L);
补料配方:葡萄糖20g/L;碳酸氢钠2g/L;大豆=水解物2.5g/L;100×非 必须氨基酸混合液1vol%;谷氨酰胺365mg/L;丙酮酸钠55mg/L;重组人表 皮生长因子0.02mg/L;重组人碱性成纤维细胞生长因子0.02mg/L;亚油酸 0.042mg/L。
表1实验组设计:
培养工艺流程:
1、培养体系体积:3L;细胞接种量:2.5×104cells/mL;微载体使用: 3g/L。具体为:首先,以2L完全培养基重悬7.5×107个MSC备用; 称量9g微载体,倒入1L装瓶中,用PBS浸泡3h,吸弃加入新的PBS, 121℃高压蒸汽灭菌20min,吸去PBS并加入1L完全培养基,37℃孵 育4h备用;
2、细胞接种:上述细胞悬液与微载体悬液转移到上样瓶中,轻微晃动 混匀;采用蠕动泵将混合液缓慢加了生物反应器中;
3、间歇搅拌:60rpm搅拌5min,停止15min,如此循环4h;
4、连续搅拌:间歇搅拌后,保持100rpm连续搅拌;
5、细胞培养前48h,溶氧量维持在50%±0.5;
6、培养48-60h之间,补加补料培养基1L;
7、补料后,溶氧量维持在40%±0.5之间;
8、培养120h。
实施例2 形态观察及活性检测
对实施例1各组的细胞进行抽样,抽样时间点为:48h,120h。形态结果 如图1所示(100×)。
培养120h后,取样,0.25%胰蛋白酶溶液消化收集各组UC-MSCs,计算 各组细胞数量、扩增倍数及细胞活率。结果如表2、图2~3,表明各实验组扩 增倍数显著高于两个对照组(p<0.01);细胞活率显著高于两对照组(p<0.01)。
表2各组UC-MSCs细胞数量与活性检测结果(**表示p<0.01)
实施例3 pH值监测结果
细胞培养过程中,每隔12h取样检测pH值,结果如图四所示。实验结果 表明在48-60h之间进行补充新鲜培养基,各实验组的pH值相对于对照组更 为稳定,说明本发明培养基补料能更好的维持培养基pH值的稳定,有利于细 胞高密度培养,维持旺盛的增殖能力与良好的活性(图4)。
实施例4 UC-MSCs表面标志物检测
培养120h后,分别对对照组1、对照组2和实验组2进行流式细胞仪检 测其表面marker,如CD105、CD73、CD90、CD34、CD45、HLA-DR等的表 达情况。结果如表3。检测结果表明,实验组与对照组1、对照组2的UC-MSCs 表面markerCD105、CD73、CD90阳性表达,而CD34、CD45、HLA-DR阴 性表达,两组之间无显著性差异。表明采用本发明补料大规模扩增UC-MSCs不影响其表面标记物的表达。
表3各组UC-MSCs表面marker检测结果
实验组别 | CD105 | CD90 | CD73 | CD34 | CD45 | HLA-DR |
对照组1 | 100.0% | 98.50% | 96.35% | 0.02% | 0.15% | 0.01% |
对照组2 | 100.0% | 99.46% | 99.80% | 0.01% | 0.00% | 0.01% |
实验组2 | 100.0% | 100.00% | 99.98% | 0.00% | 0.12% | 0.02% |
实施例5 UC-MSCs多向分化潜能检测
培养120h后,分别对对照组1、对照组2和实验组2取样,0.25%胰蛋白 酶溶液消化收集各组UC-MSCs,按1×105/mL密度接种于6孔板中,放入 5%CO2培养箱37℃培养。待各组UC-MSCs融合度达80%以上,分别设置对 照孔和诱导孔,诱导UC-MSCs成骨和成脂分化。14天后对成脂分化组细胞 进行油红O染色,21天后对成骨分化组细胞进行茜素红染色。实验结果表明 采用本发明补料大规模扩增UC-MSCs不会影响其成脂成骨分化潜能,维持其 干性(图5~6)。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技 术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰, 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
3.权利要求1或2所述的补料在间充质干细胞培养中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述间充质干细胞为脂肪间充质干细胞、脐带间充质干细胞或骨髓间充质干细胞。
6.根据权利要求5所述的培养基组合,其特征在于,所述补料培养基中完全培养基的体积分数为90%~95%;权利要求1或2所述的补料的体积分数为5%~10%。
8.根据权利要求7所述的培养方法,其特征在于,
所述间充质干细胞的接种量为2.5×104cells/mL;
所述微载体的接种量为3g/L;
所述培养体系的体积为3L。
9.根据权利要求8所述的培养方法,其特征在于,所述培养的条件为37℃搅拌培养,所述搅拌的程序为:
0~4h间歇搅拌:60rpm搅拌5min,停止15min,循环;
4~120h持续搅拌:100rpm。
10.根据权利要求7~9任一项所述的培养方法,其特征在于,所述补料添加补料培养基的体积为培养体系的1/3~2/3。
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GR01 | Patent grant | ||
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