CN111394303B - 含有干细胞激活剂的培养基及间充质干细胞的培养方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了含有干细胞激活剂的培养基及间充质干细胞的培养方法，培养方法为：1)将间充质干细胞用细胞培养基培养至80％的融合度后，弃去培养基；加入含干细胞激活剂的培养基；培养；清洗；2)加入复方电解质溶液，培养，按半量体积收集培养上清液；3)加入半量体积复方电解质溶液，培养，按半量体积收集培养上清液；4)重复步骤3)4‑8次；5)将收集的培养上清液过滤浓缩，纯化、除菌，获得干细胞因子群。本发明的方法获得的干细胞因子持续稳定，浓度高，不含牛血清成分，不含动物源成分，不含过敏源，本发明的方法操作简便，成本低，干细胞因子原液可以制备成不同的干细胞因子制剂产品，适合不同的适应症和不同的给药方式。

Description

含有干细胞激活剂的培养基及间充质干细胞的培养方法
技术领域
本发明属于生物技术领域，涉及一种干细胞激活剂及含有干细胞激活剂的培养基以及应用该培养基利用间充质干细胞生产干细胞因子群的方法。
技术背景
间充质干细胞(mesenchymal stem cell,MSC)是一类具有自我更新和多向分化潜能的干细胞。它具有造血支持、免疫调控、血管新生、组织损伤的修复等生物学特性。MSC具有分化潜力大、增殖能力强、归巢迁移能力强、免疫原性低、取材方便、无道德伦理问题的限制、易于工业化制备等特征，因此是最具临床应用前景的多能干细胞。
间充质干细胞的作用主要体现在两个方面，一是替代作用，可以分化成很多组织细胞，修复替代损伤的组织；二是旁分泌作用，可以分泌很多的细胞因子，进而参与组织的修复。旁分泌效应分泌的细胞因子主要包括这几类：抗凋亡因子、免疫调节因子、抗瘢痕因子、造血支持因子、血管生成因子等等；越来越多的实验结果表明MSC在体内的分化和替代的比例很小，在免疫健全的动物体内的定植和分化的细胞数量甚微。而治疗作用绝大部分是通过强大的旁分泌作用来实现的。MSC通过分泌血管内皮生长因子(VEGF)、肝细胞生长因子(HGF)、成纤维细胞生长因子(bFGF)、胰岛素样生长因子(IGF-1)和胸腺素β4(Tβ4)等来保护缺血性心肌细胞，促进心肌再生。MSC通过分泌一系列的生长因子例如HGF,VEGF,SDF-1,角质细胞生长因子(KGF),bFGF,胎盘生长因子(PGF),转化生长因子β(TGFβ),单核细胞趋化蛋白(MCP)-1和IGF-1来促进增殖和组织损伤修复。MSC通过分泌抗炎因子如白介素10(IL-10)和肿瘤坏死因子诱导蛋白6(TSG-6),抑制促炎因子如肿瘤坏死因子α(TNF-α)和γ干扰素(IFN-γ)表达来发挥抗炎作用。间充质干细胞因子群具有间充质干细胞的抗炎、免疫调节，抗瘢痕，促血管新生的生物学功能，其生物学活性与细胞相当，通过与体内的相应的受体配体结合，可以快速发挥生物学效应，干细胞因子作为蛋白质，其储存和运输与蛋白生物制剂相同，比间充质干细胞的储存和运输成本低，更方便临床应用。
越来越多的研究证明干细胞因子可以发挥与干细胞相当的作用，包括抗凋亡，免疫调节，修复再生，血管新生调节和动员内源性的干细胞。干细胞因子可以用于治疗神经损伤、肾损伤、肝损伤、关节损伤、骨损伤等疾病。干细胞因子包含了上百种细胞因子和化学因子，其中HGF,VEGF,TGFβ,bFGF是其主要的代表性因子。
传统的细胞上清的收集方法是使用含有10％胎牛血清的DMEM/F12培养基的方法进行培养，然后收集培养上清，这种方法收集的上清中细胞因子的表达量低，且随着细胞的代次增加，其生物学特性会发生改变，从而造成干细胞因子群的表达变化，影响其生物学功能。产品均一性不能保证。
中国专利申请CN106754639A公开了一种大规模制备人脐带间充质干细胞因子用诱导分泌培养基，所述诱导分泌培养基主要由DMEM、L-丙氨酰-L-谷氨酰胺、4-2-羟乙基-1-哌嗪乙磺酸、D-葡萄糖和L-抗坏血酸溶解于磷酸盐缓冲液而成，DMEM、L-丙氨酰-L-谷氨酰胺、4-2-羟乙基-1-哌嗪乙磺酸、D-葡萄糖和L-抗坏血酸在诱导分泌培养基中的浓度分别为400-600ml/L、1-3mmol/L、10-20μmol/L、10-20g/L、10-100μmol/L。使用该培养基培养间充质干细胞并收集活性因子VEGF，脑源性神经营养因子(BDNF)，胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)，bFGF，证明使用上述培养基培养间充质干细胞能够有效诱导分泌生长因子。但其诱导培养基一直存在于干细胞因子中并没有设法去除，这将影响到细胞因子的纯度和效果。
发明内容
本发明的的目的是克服现有技术的不足，提供一种干细胞激活剂。
本发明的第二个目的是提供一种含有干细胞激活剂的培养基。
本发明的第三个目的是提供一种间充质干细胞的培养方法。
本发明的技术方案概述如下：
干细胞激活剂，用下述方法制成：取盐酸吡格列酮50-100g、维生素E 20-100g加入二甲基亚砜100-150g搅拌溶解，再加入红景天苷5-10g，基质细胞衍生因子-11-5mg、胰岛素样生长因子-140-100mg，加入pH＝7.0-7.2的磷酸盐缓冲液至1L。
含有干细胞激活剂的培养基，在DMEM/F12培养基或MEM-α培养基中加入上述干细胞激活剂，使干细胞激活剂的体积浓度为1％。
间充质干细胞的培养方法，包括如下步骤：
1)将间充质干细胞接种于含有细胞培养基的容器中，培养至80％的融合度后，弃去培养基；加入含干细胞激活剂的培养基；培养24-48小时，弃去培养基；用pH＝7.0-7.2磷酸缓冲液清洗；
2)加入复方电解质溶液，培养24-48小时，按半量体积收集培养上清液；
3)加入半量体积复方电解质溶液，培养24-48小时，按半量体积收集培养上清液；
4)重复步骤3)4-8次；
5)将收集的培养上清液过滤浓缩，纯化、除菌，获得干细胞因子群。
所述细胞培养基为含有10％胎牛血清的DMEM/F12培养基或含有10％胎牛血清的MEM-α培养基。
本发明的优点：
含有干细胞激活剂的培养基能够激活间充质干细胞的活力潜能，释放高浓度的干细胞因子，本发明的培养方法是半量换液的方法，每次保留了一半的干细胞因子，其中含有丰富的生长因子和营养因子，维持了细胞的长期活性，除此之外，细胞因子还含有集落刺激因子和其他重要的刺激因子，可以刺激了细胞持续不断的分泌细胞因子。本发明方法最大可能的维持细胞的活性和分泌能力，能够持续维持细胞活力长达20天。多次半量换液方法获得的干细胞因子持续稳定，浓度高，操作简便，所需要的试剂耗材大幅度减少，适合规模化和自动化生产，干细胞因子原液是间充质干细胞的天然分泌产物，其中不含牛血清成分，不含动物源成分，不含过敏源，可以作为药品的原料。干细胞因子原液可以制备成不同的干细胞因子制剂产品，适合不同的适应症和不同的给药方式。
附图说明
图1显示本发明方法与传统收集方法的不同细胞因子表达水平的比较；图中：横坐标为不同组的各种细胞因子，纵坐标为细胞因子表达水平；
图2显示本发明方法与传统收集方法的促迁移能力的生物学特性比较；图中：横坐标为不同组别，纵坐标为迁移率。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明并不限于下述实施例。
材料来源：
间充质干细胞：来自人，犬，马或者猫脐带胎盘组织，组织来源为骨髓，脂肪，脐带，胎盘，牙髓和牙龈，参考中国专利201710025892.4犬科动物间充质干细胞库及其构建方法，分离提取和制备间充质干细胞的方法获得间充质干细胞。
本发明是以来源于人胎盘组织的间充质干细胞为例。
盐酸吡格列酮：购自江苏恒瑞医药股份有限公司；
维生素E：购自西安澳瑞特生物科技有限公司；
红景天苷：购自南京泽朗农业发展有限公司；
基质细胞衍生因子-1：购自R&D system生物科技公司；
胰岛素样生长因子-1：购自R&D system生物科技公司；
二甲基亚砜：购自美国Mylan公司；
复方电解质溶液：购自上海百特医疗用品有限公司；
DMEM/F12培养基：购自赛默飞世尔科技(中国)有限公司；
MEM-α培养基：购自赛默飞世尔科技(中国)有限公司；
牛血清：购自EXCEL公司；
磷酸缓冲溶液：购自友康恒业生物科技(北京)有限公司；
其他材料未特别注明的均为商业购买。
实施例1
干细胞激活剂，用下述方法制成：
取盐酸吡格列酮75g、维生素E 50g加入二甲基亚砜130g搅拌溶解，再加入红景天苷8g，基质细胞衍生因子-13mg、胰岛素样生长因子-170mg，加入pH＝7.1的磷酸盐缓冲液至1L。
实施例2
干细胞激活剂，用下述方法制成：
取盐酸吡格列酮50g、维生素E 20g加入二甲基亚砜100g搅拌溶解，再加入红景天苷5g，基质细胞衍生因子-11mg、胰岛素样生长因子-140mg，加入pH＝7.0的磷酸盐缓冲液至1L。
实施例3
干细胞激活剂，用下述方法制成：
取盐酸吡格列酮100g、维生素E100g加入二甲基亚砜150g搅拌溶解，再加入红景天苷10g，基质细胞衍生因子-15mg、胰岛素样生长因子-1100mg，加入pH＝7.2的磷酸盐缓冲液至1L。
实施例4
含有干细胞激活剂的培养基，是在DMEM/F12培养基中加入实施例1的干细胞激活剂，使干细胞激活剂的体积浓度为1％。
实施例5
含有干细胞激活剂的培养基，是在DMEM/F12培养基中加入实施例2的干细胞激活剂，使干细胞激活剂的体积浓度为1％。
实施例6
含有干细胞激活剂的培养基，是在MEM-α培养基基中加入实施例3的干细胞激活剂，使干细胞激活剂的体积浓度为1％。
实施例7
间充质干细胞的培养方法，包括如下步骤：
1)将检定合格的间充质干细胞接种于含有10mL细胞培养基的T75细胞培养瓶中(接种密度为2.0×104/cm2)，培养至80％的融合度后，弃去培养基；加入10mL由实施例4获得的含有干细胞激活剂的培养基；培养30小时，弃去培养基；用10mL的pH＝7.1磷酸缓冲液清洗；2)加入10mL复方电解质溶液，培养30小时，按半量体积收集培养上清液(即收集5mL培养上清液)；
3)加入半量体积复方电解质溶液(即5mL复方电解质溶液)，培养30小时，收集5mL培养上清液；
4)重复步骤3)6次；每次收集培养上清液留样检测蛋白含量，结果显示平均蛋白水平为1929.4±106.0ug/mL，干细胞因子表达稳定；最后一次收集后消化T75细胞培养瓶中的细胞，细胞活率为89％。
5)将收集的培养上清液通过0.22um的滤膜去除细胞碎片，再通过5kD的切向流中空纤维膜柱(市售商品)进行目的蛋白浓缩与纯化，再通过0.22um的滤膜过滤除菌，获得干细胞因子群。
细胞培养基为含有10％胎牛血清的DMEM/F12培养基。
实施例8
间充质干细胞的培养方法，包括如下步骤：
1)将检定合格的间充质干细胞和1g微载体接种于含有250mL细胞培养基的搅拌瓶中(微载体以GE Healthcare公司出售的产品Cytodex为例，但对本发明不作限定)，接种密度为2.0×104/cm2)，培养至80％的融合度后，弃去培养基；加入250mL由实施例5获得的含有干细胞激活剂的培养基；培养48小时，弃去培养基；用250mL的pH＝7.2磷酸缓冲液清洗；
2)加入250mL复方电解质溶液，培养48小时，按半量体积收集培养上清液(即收集125mL培养上清液)；
3)加入半量体积复方电解质溶液(即125mL复方电解质溶液)，培养48小时，收集125mL培养上清液；
4)重复步骤3)4次；每次收集培养上清液留样检测蛋白含量，结果显示平均蛋白水平为1964.9±105.5ug/mL，干细胞因子表达稳定，最后一次收集后取2mL载有细胞的微载体，消化细胞，细胞活率为91％；
5)将收集的培养上清液通过0.22um的滤膜去除细胞碎片，再通过5kD的切向流中空纤维膜柱(市售商品)进行目的蛋白浓缩与纯化，再通过0.22um的滤膜过滤除菌，获得干细胞因子群。
细胞培养基为含有10％胎牛血清的DMEM/F12培养基。
实施例9
间充质干细胞的培养方法，包括如下步骤：
1)将检定合格的间充质干细胞和4g微载体接种于含有1L细胞培养基的生物反应器中(接种密度为2.0×104/cm2)，培养至80％的融合度后，弃去培养基；加入1L由实施例6获得的含有干细胞激活剂的培养基；培养24小时，弃去培养基；用1L的pH＝7.0磷酸缓冲液清洗；2)加入1L复方电解质溶液，培养24小时，按半量体积收集培养上清液(即收集0.5L培养上清液)；
3)加入半量体积复方电解质溶液(即0.5L复方电解质溶液)，培养24小时，收集0.5L培养上清液；
4)重复步骤3)8次；每次收集培养上清液留样检测蛋白含量，结果显示平均蛋白水平为1937.5±117.6ug/mL，干细胞因子表达稳定；最后一次收集后取2mL载有细胞的微载体，消化细胞，细胞活率为82％；
5)将收集的培养上清液通过0.22um的滤膜去除细胞碎片，再通过5kD的切向流中空纤维膜柱(市售商品)进行目的蛋白浓缩与纯化，再通过0.22um的滤膜过滤除菌，获得干细胞因子群。
细胞培养基为含有10％胎牛血清的MEM-α培养基。
实施例10本发明方法与传统收集方法的细胞因子水平检测的比较
将实施例7制得的干细胞因子群，用酶联免疫吸附试剂盒(ELISA，购自Invitrogen公司)检测上清液中细胞因子VEGF,bFGF,HGF,TGF-β的表达(方法参见酶联免疫吸附试剂盒的说明书)。
同时检测通过传统收集方法(用含有10％胎牛血清的DMEM/F12培养基在T75培养瓶中培养间充质干细胞至80％的融合度，收集培养上清液，检测其中的细胞因子VEGF,bFGF,HGF,TGF-β的表达)。
实验结果表明，与传统收集方法相比，本发明方法(实施例7)能够获得更高浓度的VEGF,bFGF,HGF,TGF-β(图1)。其中VEGF的表达量提高了2.9倍，HGF的表达量提高了15倍，bFGF的表达量提高了4.6倍,TGF-β的表达量提高了4.9倍。
将本发明方法与传统收集方法制得的干细胞因子群进行细胞学分析比较，通过transwell(市售商品)来比较干细胞因子群对内皮细胞的迁移的影响，将100ul内皮细胞(市售商品)接种在transwell的上腔，将本发明方法(实施例7)、传统收集方法得到的干细胞因子群接种在transwell下腔，培养4小时后，观察内皮细胞进入下腔的情况并计数。
实验结果表明，与传统收集方法相比，本发明方法制得的干细胞因子群的促迁移效果要优于传统方法(图2)，迁移率比传统方法提高了2.3倍。
实验证明，实施例8、9获得的干细胞因子群，促进MSC的VEGF,bFGF,HGF,TGF-β的表达量与实施例7相似。
纯化后的干细胞因子原液可以与药用辅料进行混合，制备成各种药用制剂，例如干细胞因子滴眼剂、干细胞因子喷剂、干细胞因子注射液或者干细胞因子凝胶制剂。

Claims (2)

1.干细胞激活剂，其特征是用下述方法制成：取盐酸吡格列酮50-100g、维生素E20-100g加入二甲基亚砜100-150g搅拌溶解，再加入红景天苷5-10g，基质细胞衍生因子-11-5mg、胰岛素样生长因子-1 40-100mg，加入pH＝7.0-7.2的磷酸盐缓冲液至1L。
2.含有干细胞激活剂的培养基，其特征是在DMEM/F12培养基或MEM-α培养基中加入权利要求1所述干细胞激活剂，使干细胞激活剂的体积浓度为1％。
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