CN113736725B - 细胞分化培养基组合物、高分泌量胰岛素产生细胞及制备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种细胞分化培养基组合物、高分泌量胰岛素产生细胞及制备。所述组合物为至少包括葡萄糖、烟碱酰胺、活化素‑A、胰高血糖素样肽‑4、肝细胞生长因子、五肽胃泌素、B‑27无血清补充剂及N‑2补充剂的无血清DMEM/F12培养基。本发明还公开了高分泌量胰岛素产生细胞及其制备方法。利用所述细胞分化培养基组合物以特定条件诱导干细胞分化所得到的高分泌量胰岛素产生细胞能够在短时间内分泌出大量的胰岛素,而当将所述高分泌量胰岛素产生细胞移植至人体内时也不易被巨噬细胞所吞噬,能够延续胰岛素分泌的时间并且在移植至人体内部时可避免被体内的巨噬细胞吞噬,具有优异的体内存活率。

Description

细胞分化培养基组合物、高分泌量胰岛素产生细胞及制备
技术领域
本发明是关于一种细胞分化培养基,及一种通过使用所述细胞分化培养基来分化干细胞的制备方法,特别地是关于一种高分泌量胰岛素产生细胞的制备方法。
背景技术
糖尿病是由于胰脏不能分泌足够的胰岛素或患者的身体不能有效使用胰岛素所致的内分泌疾病。它会破坏血糖调节,使得患者体内的血糖过高。基于发病机制,主要的糖尿病类型为1型糖尿病、2型糖尿病及妊娠性糖尿病。若不治疗,则高血糖引起诸如以下问题:心血管疾病、中风、慢性肾脏疾病、足部溃疡、神经损伤、眼部损伤及认知障碍。
糖尿病的预防及治疗(尤其对于2型糖尿病)涉及保持健康的饮食、定期的锻炼、正常的体重,及避免使用烟草。1型糖尿病必须利用胰岛素注射进行管理。2型在很大程度上可通过保持正常体重、定期锻炼及正确饮食来预防。然而,许多患者可能最终亦需要胰岛素注射。此外,妊娠性糖尿病通常在宝宝出生之后解决。
近年来,一些研究者已基于间叶系干细胞能够分化成多种细胞类型的特性将间叶系干细胞分化成胰岛素产生细胞,且将胰岛素产生细胞注射至动物体内进行糖尿病治疗。另外,为了使胰岛素产生细胞的特性类似于胰岛β细胞(pancreatic isletβcell)的特性,间叶系干细胞被分化后的外观型态通常是聚集成球体或是团块状。
然而,目前培养出球体或团块等立体型态的胰岛素产生细胞的技术仍有一些挑战必须克服,包含细胞球体或细胞团块大小不一、不易定量、在纯化过程需要多道步骤、以及必须有特殊的支架或材质,这些都会增加制造成本,此外细胞球体大小会影响内部中心细胞的含氧量,容易造成内部中心细胞的死亡,这些问题皆是目前急需厘清及克服的课题。
发明内容
因此,申请人提供一种细胞分化培养基组合物及一种新颖的分化方法来解决上述问题且能够进一步提升胰岛素产生细胞的胰岛素分泌量以及在生物体内的存活率。
意即,本发明可以提供一种细胞分化培养基组合物,所述细胞分化培养基组合物用于将干细胞诱导分化成能够分泌胰岛素的高分泌量胰岛素产生细胞,其是至少包括葡萄糖、烟碱酰胺、活化素-A、胰高血糖素样肽-4、肝细胞生长因子、五肽胃泌素、B-27无血清补充剂及N-2补充剂的无血清DMEM/F12培养基,且所述细胞分化培养基组合物不含有抗生素。
根据本发明的一实施例,所述细胞分化培养基组合物至少包括5~25mM的葡萄糖、5~15mM的烟碱酰胺、1~10pM的活化素-A、5~20nM的胰高血糖素样肽-4、80~120fM的肝细胞生长因子(HGF)、5~20nM的五肽胃泌素、0.1~5%的B-27无血清补充剂及0.1~5%的N-2补充剂的无血清DMEM/F12培养基。
另外,本发明还可以提供一种高分泌量胰岛素产生细胞的制备方法,其包括:(a)细胞贴附步骤:将含有干细胞的溶液倒入一培养容器中,静置至少24小时,使贴附于所述培养容器的周壁上的所述干细胞数量为在6,000至15,000个细胞/cm2之间,较佳为在6,000至12,000个细胞/cm2之间,更佳为在6,000至10,000个细胞/cm2之间,最佳为在6,000至8,000个细胞/cm2之间。(b)细胞分化步骤:从所述培养容器中移除液体后,再投入前述的细胞分化培养基组合物,在环境温度为35.5~39.5℃、CO2浓度为5%的条件下进行培养,以使所述干细胞诱导分化成一高分泌量胰岛素产生细胞,在进行培养至少2天后收集所述高分泌量胰岛素产生细胞。
根据本发明的一实施例,在所述细胞贴附步骤之前进一步包括:使用一增殖培养基培养所述干细胞至少3天以扩增细胞数量;所述增殖培养基为至少包括胎牛血清、N-乙酰-L-半胱胺酸、L2抗坏血酸及磷酸盐的角质形成细胞无血清培养基。
根据本发明的一实施例,在所述细胞分化步骤中,细胞培养时间为3至30天,较佳为3至21天;更佳为3至14天;最佳为3至7天。
根据本发明的一实施例,所述干细胞是选自脂肪干细胞、骨髓干细胞、周边血干细胞、及脐带血干细胞中的任一种。
根据本发明的一实施例,每10万个所述高分泌量胰岛素产生细胞每天的胰岛素分泌量为在1,000(mIU/L)以上。
另外,本发明还可以提供一种高分泌量胰岛素产生细胞,所述胰岛素产生细胞的外观形态为纺缍状,且带有胰岛素基因(insulin gene)、IPF-1基因、ISL-1基因、以及与所述干细胞相同的表面标志,所述表面标志是CD73(阳性)、CD90(阳性)及CD45(阴性)。
根据本发明的一实施例,其中所述高分泌量胰岛素产生细胞的CD47mRNA表现水平为所述干细胞的CD47mRNA表现水平的3倍以上。
附图说明
图1显示以细胞数量分别为5x105个以及106个的hADSC进行分化培养所得的胰岛素含量分析图。
图2显示在细胞分化期间,第0天及第7天的形态变化图(放大倍率为40X及100X)。
图3A显示在细胞分化期间,第0天及第7天的细胞的荧光信号表示图。
图3B为显示在细胞分化期间,第0天及第7天的细胞表面标志表现的归一化结果示意图。
图4显示在细胞分化期间,第0天及第7天的细胞的mRNA表现水平比较示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术特征及优点,能更为相关技术领域人员所了解,并得以实施本发明,在此配合所附的附图、具体阐明本发明的技术特征与实施方式,并列举较佳实施例进一步说明。以下文中所对照的附图,为表达与本发明特征有关的示意,并未亦不需要依据实际情形完整绘制。
本文中,本文所使用的所有技术及科学术语具有与一般熟习本发明所属技术者通常所理解的相同的含义。此外,除非另外明确地与上下文相矛盾,否则本文所使用的单数术语应包括复数形式且复数术语应包括单数形式。
虽然用以限定本发明较广范围的数值范围与参数皆是约略的数值,此处已尽可能精确地呈现具体实施例中的相关数值。然而,任何数值本质上不可避免地含有因个别测试方法所致的标准偏差。在此处,“约”通常是指实际数值在一特定数值或范围的正负10%、5%、1%或0.5%之内。或者是,“约”一词代表实际数值落在平均值的可接受标准误差之内,视本发明所属技术领域中具有通常知识者的考量而定。除了实施例之外,或除非另有明确的说明,当可理解此处所用的所有范围、数量、数值与百分比(例如用以描述材料用量、时间长短、温度、操作条件、数量比例及其他相似者)均经过“约”的修饰。因此,除非另有相反的说明,本说明书与附随申请专利范围所公开的数值参数皆为约略的数值,且可视需求而更动。至少应将这些数值参数理解为所指出的有效位数与套用一般进位法所得到的数值。
为了使本公开内容的叙述更加详尽与完备,下文针对本发明实施方式与具体实施例提出说明性的描述;但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而,亦可利用其他具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
《人类脂肪干细胞(hADSC)的增殖》
在本实施例中所使用的细胞是人类脂肪干细胞(Human Adipose-derived StemCells,hADSC)。
通过在腹部外科手术期间对健康的捐赠者进行脂肪抽吸,从腹壁的皮下脂肪采集2~5g的脂肪组织。所有捐赠者均提供书面同意书。将人脂肪组织置于无Ca2+/Mg2+的磷酸盐缓冲液(PBS)中且立即转移至实验室。
将人类脂肪组织从运送培养基移出并放置于培养皿中,且在无Ca2+/Mg2+的PBS存在的情况下切成小块(体积约为1–2mm3)。用0.1%的胶原蛋白酶将组织解离且在37℃下培养60分钟。在胶原蛋白酶消化之后,收集所得的细胞且用增殖培养基进行培养,所述增殖培养基是无血清培养基,通常为至少包括10%胎牛血清、N-乙酰-L-半胱胺酸、L2抗坏血酸及磷酸盐的角质形成细胞无血清培养基(keratinocyte serum-free media)。在培养2天之后,从培养皿移除上澄液及碎屑,获得初代培养的脂肪干细胞。
再者,为了使脂肪干细胞增殖,可将上述初代培养的脂肪干细胞以增殖培养基持续培养,以扩增脂肪干细胞的数量至所需数量。
《人类脂肪干细胞(hADSC)的分化》
首先,制备分化培养基组合物。分化培养基组合物为一无血清DMEM/F12培养基,其含有5~25mM的葡萄糖、5~15mM的烟碱酰胺、1~10pM的活化素-A、5~20nM的胰高血糖素样肽-4、80~120fM的肝细胞生长因子(HGF)、5~20nM的五肽胃泌素、0.1~5%的B-27无血清补充剂及0.1~5%的N-2补充剂。此外,本发明的分化培养基组合物不含有抗生素(例如青霉素/链霉素溶液),能够避免影响细胞的生长以及细胞表面标志改变。
在本实施例中,所述分化培养基组合物中的每一组分的浓度如表1所示。
表1
在增殖完成之后,以ADAM-MC(细胞计数仪器)计数实验所需细胞数目,将细胞数量为5x105个及1x106个的hADSC分别接种于含有前述增殖培养基的T75培养瓶中24小时以使细胞贴附于瓶壁上。然后用10ml无血清DMEM/F12培养基将附着于瓶壁上的的hADSC清洗两次(移除的上清液用于分析干细胞未分化前的胰岛素含量),随后再加入10ml的分化培养基至培养瓶中进行贴壁培养。
将接种有hADSC的培养瓶放置于5%的CO2及35.5~39.5℃下的CO2培养箱进行分化培养,以获得高分泌量胰岛素产生细胞。每7天更换一次分化培养基,且收集更换的分化培养基液体以便进行胰岛素含量分析。
胰岛素含量分析是基于化学发光(型号:ADVIA CentaurXPT,SIEMENS)方法进行,且结果记录在表2中。
表2
*备注:控制组为未使用分化培养基。
从以上在表2中及图1中列出的胰岛素含量分析的结果,清楚得知高分泌量胰岛素产生细胞的胰岛素分泌量可在培养到7天时达到最大值,且实施例1所得的胰岛素浓度明显高于实施例2所得的胰岛素浓度,显示所使用的干细胞密度并非与高分泌量胰岛素产生细胞所分泌的胰岛素量成正比,干细胞密度越高反而降低胰岛素的分泌。
因此,以下实施例皆使用细胞数量为5x105个的hADSC放置于T75培养瓶中来进行分化。
《胰岛素分泌量分析》
将以上分化测试(实施例1)重复3次,且计算每10万个高分泌量胰岛素产生细胞每7天的胰岛素分泌量的平均值且将其记录在表3中。
表3
*备注:控制组为未使用的分化培养基。
如表3所示,高分泌量胰岛素产生细胞的胰岛素分泌可在培养至第7天时达到最大值,且每105个高分泌量胰岛素产生细胞的胰岛素分泌为10569.66mIU/L。换言之,每105个高分泌量胰岛素产生细胞的平均每天胰岛素分泌量约为1510mIU/L。
《高分泌量胰岛素产生细胞的形态》
在培养过程中的第0天及第7天,通过倒置荧光显微镜(型号:OLYMPUS IX71-1LL100)分别对培养瓶中的细胞进行摄影及观察。
如图2所示,在分化期间,高分泌量胰岛素产生细胞的外观形态为呈现纺缍状,且所有高分泌量胰岛素产生细胞为分散分布,而不是聚集成球体或团块状。
《高分泌量胰岛素产生细胞的表面标志表现》
在培养中的第0天及第7天收集细胞,随后将其固定且用特异性表面标志抗体(阴性标志:CD45;阳性标志:CD73及CD90)进行染色。表面抗体以FITC复合二级抗体为标记,且使用流式细胞分析技术(型号:BD Accuri C6)测量细胞表面蛋白的表现,进而获得呈阳性表现的细胞百分比。重复至少2次分析,并将平均数值结果记录在表4中。
表4
如表4、图3A及图3B所示,在培养7天之后,产生胰岛素的细胞的表现分布对于阴性标志CD45展示为0.095%,而CD 73及CD90(干细胞阳性标志)的表现分布主要被发现为99%或更高。换言之,本发明的培养基及分化方法不会改变高分泌量胰岛素产生细胞的特定表面标志的表现,其仍然与hADSC(干细胞)相同。
《高分泌量胰岛素产生细胞的基因表现》
在培养过程中的第0天及第7天收集细胞。使用mRNA分离试剂盒(Quick-RNATMMiniPrep,ZYMO RESEARCH)分离出细胞的mRNA,然后使用反转录试剂盒(PrimeScriptTM RTreagent Kit,Takara)将分离的mRNA反转录成cDNA。利用Premix Ex TaqTMII(Takara)混合100ng的cDNA样本并针对胰岛素基因(insulin gene)、IPF-1基因、ISL-1基因、及CD47选择适当的引子以便进行Real time PCR。
针对特定基因的引子如下表5所示。
表5
在mRNA分离之后,进行反转录成cDNA及Real time PCR,分析各个基因的表现量且记录在表6中。
表6
如表6、图4所示,在培养7天之后,高分泌量胰岛素产生细胞中的胰岛素基因、Ipf-1基因、Isl-1基因的表现与第0天尚未开始分化的人类脂肪干细胞相比显著改良成至少5倍。
另外,高分泌量胰岛素产生细胞中的CD47的表现量与人类脂肪干细胞相比亦显著增加至少3倍,由于CD47为一种可防止巨噬细胞吞噬的信号分子,这意谓着将本发明的高分泌量胰岛素产生细胞在移植至人体内部时可避免被体内的巨噬细胞吞噬,具有优异的体内存活率。
经由上述实施例可知,本发明提供了一种细胞分化培养基组合物及高分泌量胰岛素产生细胞的制备方法,以贴壁方式培养来避免细胞聚集成球体或团块状,不但能够方便收集、计量,更能够在短时间内分泌大量的胰岛素,有助于产业利用;而当将所述高分泌量胰岛素产生细胞移植至人体内时也不易被巨噬细胞所吞噬,能够延续胰岛素分泌的时间。
综上所述,本发明的内容已以如上的实施例举例说明了,然而本发明并非仅限定于此等实施方式而已。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可再进行各种的更动与修饰;例如,将前述实施例中所例示的各技术内容加以组合或变更而成为新的实施方式,此等实施方式亦当然视为本发明所属内容之一。因此,本申请所欲保护的范围亦包括权利要求书及其所界定的范围。

Claims (8)

1.一种高分泌量胰岛素产生细胞的制备方法,其特征在于,包括:
(a) 细胞贴附步骤:将含有干细胞的溶液倒入一培养容器中,静置至少24小时,使贴附于所述培养容器的周壁上的所述干细胞的数量为在6,000至15,000个细胞/cm2之间;
(b) 细胞分化步骤:从所述培养容器中移除液体后,再投入一细胞分化培养基组合物,在环境温度为35.5~39.5℃、CO2浓度为5%的条件下进行培养,以使干细胞诱导分化成一高分泌量胰岛素产生细胞,在进行培养至少2天后收集所述高分泌量胰岛素产生细胞;其中,
所述细胞分化培养基组合物为一无血清DMEM/F12培养基,且其组分和浓度为:5~25mM的葡萄糖、5~15mM的烟碱酰胺、1~10pM的活化素-A、5~20nM的胰高血糖素样肽-4、80~120fM的肝细胞生长因子、5~20nM的五肽胃泌素、0.1~5%的B-27无血清补充剂及0.1~5%的N-2补充剂;
所述高分泌量胰岛素产生细胞的外观形态为纺缍状,且带有胰岛素基因(insulingene)、IPF-1基因、ISL-1基因、以及与所述干细胞相同的表面标志;
所述高分泌量胰岛素产生细胞的胰岛素分泌量为:每10万个细胞每天至少分泌1,000mIU/L以上的胰岛素。
2.根据权利要求1所述的高分泌量胰岛素产生细胞的制备方法,其特征在于,在所述细胞贴附步骤之前进一步包括:
使用一增殖培养基培养所述干细胞至少3天以扩增细胞数量;其中,所述增殖培养基是至少包括胎牛血清、N-乙酰-L-半胱胺酸、L2抗坏血酸及磷酸盐的角质形成细胞无血清培养基。
3.根据权利要求1所述的高分泌量胰岛素产生细胞的制备方法,其特征在于,在所述细胞分化步骤中,细胞培养时间为3至30天。
4.根据权利要求1所述的高分泌量胰岛素产生细胞的制备方法,其特征在于,所述干细胞是选自脂肪干细胞、骨髓干细胞、周边血干细胞、及脐带血干细胞中的任一种。
5.根据权利要求1所述的高分泌量胰岛素产生细胞的制备方法,其特征在于,所述细胞分化培养基组合物不含有抗生素。
6.根据权利要求1所述的高分泌量胰岛素产生细胞的制备方法,其特征在于,所述表面标志为CD73阳性、CD90阳性及CD45阴性。
7.一种高分泌量胰岛素产生细胞,其特征在于,是通过权利要求1至6中任一项所述的制备方法所制备而得,并且所述高分泌量胰岛素产生细胞的外观形态为纺缍状,且带有胰岛素基因(insulingene)、IPF-1基因、及ISL-1基因,以及表现出与干细胞相同的表面标志;所述表面标志为CD73阳性、CD90阳性及CD45阴性。
8.根据权利要求7所述的高分泌量胰岛素产生细胞,其特征在于,所述高分泌量胰岛素产生细胞的CD47 mRNA表现水平为所述干细胞的CD47 mRNA表现水平的3倍以上。
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