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间充质干细胞是一种具有多向分化潜能的干细胞,来源广泛,可从胎盘、脐带、乳牙、脂肪、骨髓、月经血中提取。这类干细胞免疫源性低,扩增能力强,是组织工程、再生医学、细胞治疗和基因治疗等领域的理想种子细胞。 胎盘是妊娠期连接母体和胎儿的一个过渡性器官,是母子间物质交换场所,也是母子间的一道免疫屏障。胎盘由胚胎发育而来,与母体的子宫内膜联合生长。组织结构上胎儿侧胎盘由脐带、羊膜、光滑绒毛膜、绒毛板、绒毛膜绒毛组成;底蜕膜、包蜕膜、壁蜕膜则构成母体侧胎盘。研究发现胎盘各个组成部分在发育过程中存在大量的间充质干细胞,如羊膜来源间充质干细胞、绒毛板来源间充质干细胞、绒毛来源间充质干细胞、蜕膜来源间充质干细胞等。因此,胎盘是一个间充质干细胞宝库。 本研究拟从胎盘组织中分离间充质干细胞,并建立一套胎盘间充质干细胞的标准化与规模化制备工艺,验证其安全性,并探索临床转化的可能性。 本研究首先使用了酶消化法和组织贴壁法比较了从光滑绒毛膜、绒毛膜绒毛、绒毛板、底蜕膜、壁蜕膜等5种胎盘组织中提取间充质干细胞,从难易程度、细胞形态、细胞数量、胎儿性别、制备成功率等参数,得出采用组织贴壁法从绒毛板中提取间充质干细胞更适合胎盘间充质干细胞标准化制备,将该类干细胞定义为胎盘绒毛板间充质干细胞( CP-MSCs , Chorionic plate derived MSCs)。CP-MSCs的获取为干细胞库建立和干细胞产品研发提供了一种优秀的种子细胞来源。 接着本研究对CP-MSCs从细胞生长特性、细胞表面标志物表达、干细胞干性标志物表达、多向分化潜能、细胞遗传学分析、细胞因子表达等生物学特性进行了分析。结果显示:CP-MSCs 的倍增时间为28.3±1.8h~35.4±2.5h。其细胞表面标志物表达和骨髓间充质干细胞的表达类似,阳性表达CD29、CD44、CD73、CD90、CD105;不表达造血干细胞表面标志物、内皮细胞表面标志物和II类白细胞抗原,如CD34、CD45、CD11b、CD19和HLA-DR。CP-MSCs 还弱表达具有免疫调节作用的Ⅰ类白细胞抗原HLA-G。胚胎干细胞标志物如Oct4、Nanog、Sox2也在CP-MSCs中表达,表明CP-MSCs不仅具有间充质干细胞的特性而且还具有胚胎干细胞的某些特性,是一种发育早期的间充质干细胞。CP-MSCs经诱导,可以向成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞分化,说明具有多向分化潜能。通过G显带法,CP-MSCs在P3代、P15代未见染色体突变,也无母体来源细胞交叉污染。CP-MSCs旁分泌能力强,体外培养可大量分泌PDGF、IGF-1、TGF、CXCL6,表明该类细胞的增殖能力、迁移和归巢能力强,临床应用潜能大。 鉴于CP-MSCs生物学特性非常适合干细胞产业化发展,本研究接着探索了CP-MSCs的标准化和规模化制备工艺。通过对胎盘采集、运输、制备等过程的数据分析得出,胎盘采集时不加保护液、运输温度维持在4~20℃、72h内完成制备,成功率高。并在整个制备过程中实现了无血清培养及无胰酶化操作,降低了外源蛋白和异种病毒引入的风险。该工艺获得了美国AABB认证,达到了临床应用标准。 为验证CP-MSCs安全性,本研究用CP-MSCs对小鼠进行急毒性实验评估发现:当CP-MSCs注射浓度低于1.0×108 cells/kg时,无小鼠死亡,该剂量是人体临床使用标准的100倍;半数致死剂量LD50为1.424×108 cells/kg,是临床使用标准的142.4倍,表明CP-MSCs在注射剂量范围内,安全性极高。对大鼠注射CP-MSCs进行长毒性实验发现,分组(对照组:生理盐水;低剂量组:2.5×106 cells/kg;中剂量组:5×106 cells/kg;高剂量组10×106 cells/kg)注射CP-MSCs后,各组间大鼠体重在实验阶段均无明显差异;分组注射1周后和4周后获取大鼠的脑、心脏、肝脏、脾脏、肺脏、胸腺、肾脏和血液指标进行分析,结果表明:高、中、低各剂量组与对照组在器官重量、器官系数、其他血液和生化指标并未出现明显差异。对裸鼠进行致瘤性实验评估发现,Hela细胞组有肿瘤形成,而CP-MSCs组和对照组无肿瘤形成。因此,本研究认为,CP-MSCs具有非常高的安全性。 最后,为探索CP-MSCs临床转化的可能,本研究采用环磷酰胺构建小鼠卵巢早衰模型,再用CP-MSCs进行移植。结果表明,卵巢早衰小鼠经CP-MSCs治疗后,激素水平、卵泡发育、发情周期、排卵量以及卵巢组织等与未经CP-MSCs治疗的卵巢早衰小鼠成显著性改善,有效的恢复了早衰模型小鼠的卵巢功能。因此,本研究认为CP-MSCs在卵巢早衰治疗领域具有广阔的应用前景,具备临床转化的条件。