CN113564098B - 增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液 - Google Patents

增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种肝细胞培养液，包括终浓度为1～20μM的地塞米松，终浓度为1～20μM的姜黄素以及基础培养基，具有成分简单和成本低廉的优势，通过定量诱导获得功能增强的肝细胞，加速将其应用于肝病治疗中。本申请的增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液培养，不仅能够提供足够的营养供目标肝细胞生长，并且还可诱导目标细胞的相关代谢酶和白蛋白基因表达。

Description

增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液
技术领域
本申请涉及一种细胞培养领域，尤其涉及一种增强肝细胞功能性的培养方法，及所使用的肝细胞培养液。
背景技术
肝移植是终末期肝衰竭患者的最有效治疗方法，但是由于供体短缺和治疗费用昂贵等问题，限制了这种治疗法的应用。继肝移植之后，肝细胞移植技术被提议为针对肝功能衰竭的又一有效治疗手段，同时也可以作为急性肝功能衰竭患者通往肝移植的一种桥接治疗手段，直到有供体肝脏可用。原代人类肝细胞具有卓越的合成和排毒功能等，而常被用作肝移植的重要细胞来源。但是这些细胞的体外增殖周期短和供应限制，直接应用人原代肝细胞是较为困难。因此有必要拓宽在体外可诱导肝细胞功能快速增强的方法，获得功能佳的肝细胞来源，加速将肝细胞应用于肝病治疗方法。
目前开发出多种人肝细胞系和人肝癌细胞系，通过体外的定量诱导能够一定程度满足提高肝细胞特异性功能的效果，然而在试剂成本、操作难度、诱导效率上进行综合考虑，能够满足临床应用的方案还需要进一步开发。
发明内容
本申请的目的是，针对现有技术的不足，提供一种成分简单、成本低廉的肝细胞培养液，以及利用该肝细胞培养液进行的增强肝细胞功能性的培养方法。
为达到以上技术目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，提供一种肝细胞培养液，其包括如下组分：地塞米松，终浓度为1～20μM；姜黄素，终浓度为1～20μM；极性溶剂；余量为基础培养基。
优选地，所述极性溶剂为终浓度不超过0.1％的DMSO。
进一步地，所述地塞米松和姜黄素的总质量与极性溶剂的体积比不超过1：1000。
可选择地，所述基础培养基选自DMEM/F12细胞培养基、F12细胞培养基和William's E细胞培养基中的一种。
第二方面，提供一种增强肝细胞功能性的培养方法，包括以下步骤：
预处理目标肝细胞，使得所述目标肝细胞的贴壁生长密度达到90％；
配置肝细胞培养液，用于诱导目标肝细胞增强表达功能性基因；
利用所述肝细胞培养液对所述预处理目标细胞进行预设天数的连续培养；
其中，所述肝细胞培养液采用如权利要求1～4任意一项所述的肝细胞培养液。
可选择地，所述目标肝细胞来自C3A肝癌细胞、HepG2肝癌细胞或HepaRG人肝细胞株。
优选地，所述预设天数为5～10天。
具体地，所述利用所述肝细胞培养液对所述预处理目标细胞进行预设天数的连续培养，包括：在预设天数之内，每隔24小时更换所述肝细胞培养液，并且保持所述目标肝细胞的贴壁生长密度维持在90％以上。
优选地，所述更换所述肝细胞培养液，包括：加入新鲜的所述肝细胞培养液之前，弃去培养容器中的上清液，用缓冲液洗涤两次。
进一步优选地，所述预处理目标肝细胞，包括：将贴壁培养的目标肝细胞依次进行消化、重悬和接种至新的贴壁培养容器，直至所述目标肝细胞的贴壁生长密度达到90％。
与现有技术相比较，本申请具有如下优势：
(1)本申请的肝细胞培养液成分简单，除了基础培养基，具备诱导功能的成分仅有地塞米松和姜黄素，地塞米松和姜黄素都是容易获取、价格相对低廉的药品，不会大幅度提高本申请的肝细胞培养液的制备成本；
(2)本申请的肝细胞培养液，可以使用多种基础培养基进行配置，可以适应不同细胞株或细胞系的肝细胞，也可以适应不同成熟度的肝细胞，为各种肝细胞增殖提供足够的营养；
(3)本申请的增强肝细胞功能性的培养方法，将活化的目标肝细胞与肝细胞培养液进行预设天数的连续培养，即可使目标肝细胞表征肝功能的相关酶基因和白蛋白基因表达有大幅度上调，操作简单，诱导成功率高；
(4)本申请的增强肝细胞功能性的培养方法，适用于分化程度或成熟程度相对的较低的细胞株或细胞系，诱导成功率较高，诱导效果较好。
附图说明
图1示出了采用本申请增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液培养HepaRG细胞6天后，形态学的观察结果；
图2示出了采用本申请增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液培养HepaRG细胞6天后，ALB的基因表达水平柱状图；
图3示出了采用本申请增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液培养HepaRG细胞6天后，UGT1A9的基因表达水平柱状图；
图4示出了采用本申请增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液培养HepaRG细胞6天后，AAT的基因表达水平柱状图；
图5示出了采用本申请增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液培养HepaRG细胞6天后，CYP3A4的基因表达水平柱状。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细描述。
本申请提供一种肝细胞培养液，用于对分化程度较低的肝细胞进行诱导，实现肝细胞特异性功能的增强，使诱导后的肝细胞的生理状态更接近人体内的肝细胞的生理状态，或者接近人原代肝细胞的生理状态，提高临床应用的可能性。
本申请的肝细胞培养液，其包括如下组分：终浓度为1～20μM的地塞米松，终浓度为1～20μM的姜黄素以及基础培养基。
所述基础培养基，选自DMEM/F12细胞培养基、F12细胞培养基和William's E细胞培养基中的一种。DMEM/F-12(Dulbecco's Modified Eagle Medium/Nutrient Mixture F-12)是一种广泛使用的基础培养基，用于支持多种哺乳动物细胞的生长，主要含有3.15g/L葡萄糖、0.365g/L L-谷氨酰胺、酚红、碳酸氢钠以及3.57g/L HEPES。F12细胞培养基又叫Ham′sF12培养基，是为在低血清浓度下克隆CHO细胞而设计的，现在也广泛应用于克隆形成率的分析及原代培养，由于营养成分丰富，且可以使用较少血清，故也常作为无血清培养基的基础培养基，主要含有146mg/LL-谷氨酰胺，1802mg/L D-葡萄糖，110mg/L丙酮酸钠，1176mg/L碳酸氢钠，pH值7.2-7.4。William's E培养基是早期培养基(富含氨基酸，葡萄糖含量加倍)的改良产品，William's E培养基中含有独特的成分，包括锌、铁、锰、非必需氨基酸、还原剂谷胱甘肽和脂质亚油酸甲酯，含酚红，不含L-谷氨酰胺和HEPES。本申请的实施例可以根据目标肝细胞的类型筛选合适的基础培养基，实现对目标肝细胞的充足的营养供给。
所述地塞米松，是临床上常用的一种糖皮质激素，具有抗炎、抗内毒素、抑制免疫、抗休克及增强应激反应等药理作用，故广泛应用于各科治疗多种疾病，如自身免疫性疾病，过敏，炎症，哮喘及皮肤科、眼科疾病。在细胞培养中，地塞米松能对细胞的分化进行调控，诱导细胞分化，或诱导细胞凋亡。
所述姜黄素，也称姜黄色素，是姜黄中含有的二苯基庚烃类化合物，主要分布在姜科植物的根茎、块茎，少量分布在根须中。姜黄色素主要包含3种有效成分，分别是：姜黄素(分子式：C21H20O6，分子量：368)、去甲氧基姜黄素(分子式：C20H18O5，分子量：338)、双去甲氧基姜黄素(分子式：C19H16O4，分子量：308)，这三种成分通常统称为姜黄素。姜黄素是天然的可食用色素，安全无毒并具有良好的染色性能和分散性，以及防腐性，无毒副作用，是最重要的天然食品添加剂之一。另外，姜黄素具有抗炎、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化、降血脂、保护肝肾和降低老年痴呆症发病率等药理活性。现有技术有公开利用姜黄素改善肝脏的脂肪代谢，从而达到护肝的目的；现有技术也有公开利用姜黄素调控肝细胞或肝癌细胞的活性，达到抗癌的目的。
所述地塞米松和姜黄素不具备水溶性，不能直接溶解在以水为溶剂的基础培养基中，需要添加适量的溶剂辅助地塞米松和姜黄素的溶解，优选地，所述溶剂选用极性溶剂DMSO(二甲基亚砜)。DMSO有“万能溶剂”之称，常用于溶解各种添加到液体培养基或固体培养基的添加物，但是DMSO对细胞有微弱毒性，因此应当控制DMSO的用量在生物可接受的范围内。本实例中，DMSO的终浓度不超过0.1％，地塞米松和姜黄素的总质量与DMSO的体积比不超过1：1000，即利用DMSO对地塞米松和姜黄素进行稀释，最小的稀释倍数是1000倍。
参考下表，通过实验筛选，实施例1～12均表现出对肝细胞的有效诱导。本实施例中，采用所述肝细胞培养液对HepaRG肝细胞进行增强功能性的培养。HepaRG是一种肝祖细胞，可选择性分化为功能性肝细胞且体外增殖水平较高。相比人原代肝细胞，HepaRG具有如下优势：①容易获取，稳定增殖，在细胞融合后仍相对稳定维持1～2周。②可保持肝细胞的特异性功能特性不丢失，可冻存且不失肝细胞特异性的生物学功能。但是，HepaRG处于活跃增殖时期，白蛋白和药物代谢相关的酶的mRNA表达极其低下，HepaRG不适宜直接作为具备功能性的肝细胞进行应用。在体外培养中，可以通过定量诱导，获得功能增强的HepaRG细胞。
Figure BDA0003115812470000051
具体地，采用本申请的肝细胞培养液对HepaRG肝细胞进行培养之前，需要预处理HepaRG肝细胞，预处理的方法如下：获取贴壁培养的HepaRG肝细胞，舍弃上清液，使用磷酸缓冲溶液洗涤两次；使用胰蛋白酶溶液进行消化；用新鲜的基础培养基终止消化，重悬细胞并再次接种，待HepaRG肝细胞贴壁生长密度达到90％之后，可进行下一步的处理。所述预处理过程相当于是对HepaRG肝细胞的活化，使HepaRG肝细胞进入对数生长期。
下一步，按照每50ml基础培养基HepaRG肝细胞的接种细胞数量小于或等于2x107的要求加入适量本申请的肝细胞培养液，对HepaRG肝细胞进行预设天数的连续培养，在培养箱中，培养条件为5％CO2，37℃。具体的操作步骤参考如下：将约4.8X106个HepaRG细胞接种至6孔整板中，放置于CO2细胞培养箱中进行静置培养。同时，以不加地塞米松和姜黄素的基础培养基对HepaRG细胞进行连续培养作为对照组。
在连续培养的过程中，每24小时更换肝细胞培养液/基础培养基。据观察可知，首次加入所述肝细胞培养液的48小时后，HepaRG肝细胞的细胞密度达到90％左右，后续的连续培养过程都保持HepaRG肝细胞的细胞密度维持在90％以上。
经过5～10天的连续培养，对HepaRG肝细胞的细胞形态进行观察，对HepaRG肝细胞进行肝功能相关的基因和蛋白进行检测，以DMEM/F12细胞培养基为基础，以实施例1和对照组1进行比较，结果如下：
(1)如图1所示，与对照组相比较，采用了本申请的肝细胞培养液进行连续培养的HepaRG细胞培养6天后，细胞形态出现类似人原代肝细胞的双核结构(图1红框所示)。对照组的细胞形态在进行连续培养前后无明显差异，无发现双核结构的细胞。
(2)如图2所示，针对ALB(白蛋白)对应基因表达水平的检测结果，HepaRG细胞体外培养6天后，实施例组的ALB基因表达水平明显高于对照组，具有明显的统计学差异。
(3)如图3所示，针对UGT1A9(尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶1A9)对应基因表达水平的检测结果，HepaRG细胞体外培养6天后，实施例组UGT1A9基因表达水平明显高于对照组，具有明显的统计学差异。
(4)如图4所示，针对AAT(α_l抗胰蛋白酶)对应基因表达水平的检测结果，HepaRG细胞体外培养6天后，实施例组AAT基因表达水平明显高于对照组，具有明显的统计学差异。
(5)如图5所示，针对CYP3A4(细胞色素P4503A4酶)对应基因表达水平的检测结果，HepaRG细胞体外培养6天后，实施例组CYP3A4基因表达水平明显高于对照组，具有明显的统计学差异。
进一步地，在其他可选择的实施方式中，C3A肝癌细胞和HepG2肝癌细胞与HepaRG细胞有相似的生物特性，主要体现在分化程度、肝特异性基因的表达水平、体外增殖能力等，因此，C3A肝癌细胞和HepG2肝癌细胞也适用于作为目标肝细胞采用本申请的增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液培养。
综上所述，本申请的增强肝细胞功能性的培养方法及所使用的肝细胞培养液培养，不仅能够提供足够的营养供目标肝细胞生长，并且还可诱导目标细胞的相关代谢酶和白蛋白基因表达。所述基因包括但不限于白蛋白(ALB)，尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶1A9(UGT1A9),α1-抗胰蛋白酶(AAT)和药物代谢酶(CYP3A4)等肝代表性功能基因，使目标细胞体外培养能够尽可能接近体内生长状态。本申请的肝细胞培养液，包括终浓度为1～20μM的地塞米松，终浓度为1～20μM的姜黄素以及基础培养基，具有成分简单和成本低廉的优势，通过定量诱导获得功能增强的肝细胞，加速将其应用于肝病治疗中。
上述实施例为本申请较佳的实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种增强肝细胞功能性的培养方法，其特征在于，包括以下步骤：
预处理目标肝细胞，使得所述目标肝细胞的贴壁生长密度达到90%；
配置肝细胞培养液，用于诱导目标肝细胞增强表达功能性基因；
利用所述肝细胞培养液对所述预处理目标细胞进行预设天数的连续培养，所述预设天数为5~6天；
其中，所述肝细胞培养液包括如下组分：
地塞米松，终浓度为1~20μM；
姜黄素，终浓度为1~20μM；
DMSO，终浓度为0.1ml/100ml；
余量为基础培养基，所述基础培养基选自DMEM/F12细胞培养基、F12细胞培养基和William's E细胞培养基中的一种；
其中，所述功能性基因包括以下至少一个：
ALB基因、UGT1A9基因、AAT基因、CYP34A基因。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标肝细胞来自C3A肝癌细胞、HepG2肝癌细胞或HepaRG人肝细胞株。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述肝细胞培养液对所述预处理目标细胞进行预设天数的连续培养，包括：
在预设天数之内，每隔24小时更换所述肝细胞培养液，并且保持所述目标肝细胞的贴壁生长密度维持在90%以上。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述更换所述肝细胞培养液，包括：
加入新鲜的所述肝细胞培养液之前，弃去培养容器中的上清液，用缓冲液洗涤两次。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理目标肝细胞，包括：
将贴壁培养的目标肝细胞依次进行消化、重悬和接种至新的贴壁培养容器，直至所述目标肝细胞的贴壁生长密度达到90%。
6.如权利要求1所述的培养方法，其特征在于，所述地塞米松和姜黄素的总质量与DMSO的体积比不超过1：1000。
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