神经元干细胞分化制造技术

技术编号:15078868 阅读:139 留言:0更新日期:2017-04-07 11:45
本发明专利技术涉及从至少一种能够谱系特异性分化的前体细胞生产神经细胞的至少一种新型神经细胞分化培养基;使用所述培养基的神经细胞分化的方法;所述培养基和所述方法在至少一种前体细胞向神经细胞命运谱系特异性分化中的用途;以及包含所述至少一种所述神经细胞分化培养基的成套试剂盒。

Neural stem cell differentiation

The present invention relates to the production of at least from at least one nerve cell lineage specific differentiation of progenitor cells is a new type of neural cell differentiation medium; using the method of neural cell differentiation medium; culture medium and the method of the at least one precursor cells into neural lineage specific cell fate the differentiation of use; and comprising at least one of the nerve cell differentiation culture medium complete kit.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及用于从至少一种能够谱系特异性分化的前体细胞生产神经细胞的至少一种新型神经细胞分化培养基;使用所述培养基进行神经细胞分化的方法;所述培养基和所述方法在至少一种前体细胞向神经细胞命运谱系特异性分化中的用途;以及包含所述至少一种所述神经细胞分化培养基的成套试剂盒。专利技术背景干细胞是存在于所有多细胞生物体中的生物细胞,其可分裂且分化为不同的特化细胞类型,并且可自我更新产生更多干细胞。哺乳动物中有两种自然存在的广泛类型的干细胞:胚胎干细胞和成体干细胞,其中胚胎干细胞分离自囊胚的内细胞团,成体干细胞分布于各种组织。还存在第三类干细胞,其为人造的且被称为诱导性多能干细胞(iPSC)。通过将成体细胞去分化为干细胞类似表型来制备iPSC。在成年生物体中,干细胞和祖细胞作为身体的修复系统补充成体组织。在发育的胚胎中,干细胞可分化为所有特化细胞(它们为多能细胞),而且它们还维持再生器官的正常更替,如血液、皮肤或肠道组织。胚胎干细胞和成体干细胞具有分化为任何细胞类型的能力;因此,它们特别适合于疾病的细胞替代疗法,所述疾病破坏或损害/损伤确定的细胞群体。在合适的发育(或培养)条件下,干细胞的独特多能性为它们提供了使自身再生且还发育为所有三个胚层(即外胚层、中胚层和内胚层)的各种细胞类型的潜能。ESC、诱导性多能干细胞(iPSC)、成体或组织特异性干细胞等生长为特化细胞的潜能吸引了希望利用这些细胞开发新疗法的研究者的关注。再生医学集中于通过替换受损组织和/或通过刺激体内自我修复机制使体内受损的组织和器官再生,以治愈之前不可修复的组织或器官。这通常涉及细胞或组织在细胞或组织疗法中的应用。存在许多可能的细胞疗法方式,其包括:干细胞或祖细胞的移植,所述干细胞或祖细胞为自体的(来自患者)或同种异体的(来自另一供体);成熟的功能性细胞的移植(细胞替代疗法);以及被用来产生所需物质的转基因人细胞的应用(基于细胞的基因疗法)。通常,细胞疗法中利用的细胞或组织为从相同个体、另一供体个体获得的,或者可选地在实验室中体外生长和发育的细胞和组织。从已分化的体细胞生成iPSC作为合理的方法为通过细胞移植治疗疾病提供了极大的希望。从源自个体患者的体细胞生成iPSC细胞的可能性还可以使患者-特异性疗法的发展具有更少的免疫排斥风险成为可能。这些细胞的其他应用涉及将大量的干细胞分化为特定人类细胞类型,以及将这些细胞用于药物测试或毒性测试。因此,谱系特异性分化的干细胞还是用于以下各种目的的有价值的研究工具,包括:体外筛选分析,阐明细胞谱系特化和分化的复杂机理,以及鉴别正常状态和患病或受损状态之间的关键生物化学差异,所述差异可被开发用作诊断或预后标志物。胚胎干细胞和成体干细胞作为神经退行性疾病的疗法和模型系统的能力已被充分探索。在诸如阿尔兹海默症、帕金森氏综合症、亨延顿氏病、肌萎缩侧索硬化等的晚期神经退行性病况中,神经功能的再建需要替代由细胞死亡损失的神经细胞。来自具有明确且通常在基因上确定的神经元病理的人患者的iPSC,对于疾病建模和可靠的高通量药物筛选都有巨大的潜能。各种因子和分子调控干细胞向神经元的分化,例如,表皮生长因子(EGF)和成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)促进增殖同时使细胞保持未分化状态。此外,还已表明胰岛素和胰岛素样生长因子1(IGF1)是神经干细胞的生长和增殖所必需的。已知视黄酸、胰岛素、Ifg1、Nogo-66、LPA(溶血磷脂酸)、PTEN(磷酸酶和张力蛋白同系物)和骨形态发生蛋白(BMP)-4控制干细胞向神经元或星形胶质细胞的分化。多能干细胞(PSC)通过以下的程序分化为神经元:神经化、神经元亚型命运特化、细胞周期退出、有丝分裂后神经元分化以及调控兴奋性的功能成熟。由于这种复杂发育,来自干细胞的功能神经元的一致且可再生的生成对开发神经系统疾病细胞模型至关重要。已提出了许多用于神经元分化的方案。例如,WO2004/046348教导了从骨髓源性干细胞生成神经样细胞的分化方案。WO2006/134602教导了生成神经营养因子分泌细胞的分化方案。WO2007/066338教导了生成寡树突样细胞的分化方案。WO2010/090843公开了齿龈源性间充质干细胞及其在免疫调节和重建中的用途。然而,虽然已知许多的神经元分化方案能产生神经元模型,但是仅几种提供了功能神经元成熟和突触发生的稳健或可靠度量。因此这限制了已分化细胞在体外疾病建模和开发新疗法中的应用,因为尽管已分化细胞与神经元细胞具有相似性,但是许多现有方案不能产生功能完整且忠实复制体内获得的那些细胞的神经元细胞。许多现有方案依赖于分子和细胞标志物作为有效性的基本度量;例如,β-III-微管蛋白和微管相关蛋白(MAP)2以及神经元亚型特异性命运决定的标志物。这样的标志物在确定每个方案可能是怎样的神经源性是有用的,但是对于已分化细胞是否表达功能性神经元的关键特征,它们给出非常少的提示。优化利用患者来源的干细胞模拟神经元疾病的关键取决于所得到的神经元的适当生理性成熟。此外,尽管用于干细胞神经化和神经祖细胞命运特化的方案发展具有重大的进步,但是神经分化的后期依然难以控制。值得注意的是,发育研究与长期培养物中持续的祖细胞增殖和神经发生相混淆。此外,已分化的神经元变得功能性成熟所需的培养延长时间通常超过100天。本专利技术涉及干细胞生物学领域,特别是源自多能或专能干细胞的神经祖细胞的神经元分化,所述多能或专能干细胞可包括但不限于人胚胎干细胞(hESC)、人诱导性多能干细胞(hiPSC)、成体(adult)干细胞、体性(somatic)干细胞、癌症干细胞或能够谱系特异性分化的任何其他细胞。本文公开了控制干细胞分化并且特别是神经干细胞分化的新型的方法和细胞培养基。不同于现有技术(其通常可耗费数月),有益地,已发现本专利技术的方法和培养基致使源于干细胞的神经祖细胞在2-3周内成熟,产生大量的功能性、自发电兴奋的神经元。而且,所述方法和培养基具有极好的保真度,在4周内其得到几乎100%的神经元分化效率。因此,本专利技术提供了简单且便利的方法来促进和加快源于干细胞的神经元的体外功能成熟。有效且加速控制人或动物干细胞向功能性神经元细胞的分化将减少培养时间并由此降低成本,同时还生成更精确地反映体内存在细胞的细胞。这允许实验剖析神经系统早期发育期间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
从至少一种能够谱系特异性分化的前体细胞产生神经细胞的神经细胞分化培养基,其包含以下或由以下组成:i)至少一种细胞培养基础培养基;ii)至少一种用于神经细胞培养的无血清添加剂;iii)细胞周期抑制剂;iv)至少一种原肌球蛋白受体激酶B[TrkB]受体激动剂;v)经典Wnt通路激动剂;vi)抗坏血酸或维生素C或其盐或衍生物;以及vii)钙离子的溶液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.14 GB 1318126.81.从至少一种能够谱系特异性分化的前体细胞产生神经细胞的
神经细胞分化培养基,其包含以下或由以下组成:
i)至少一种细胞培养基础培养基;
ii)至少一种用于神经细胞培养的无血清添加剂;
iii)细胞周期抑制剂;
iv)至少一种原肌球蛋白受体激酶B[TrkB]受体激动剂;
v)经典Wnt通路激动剂;
vi)抗坏血酸或维生素C或其盐或衍生物;以及
vii)钙离子的溶液。
2.如权利要求1所述的神经细胞分化培养基,其还包含以下至少
一种或多种或由以下至少一种或多种组成,包括其所有的组合:
viii)notch信号转导抑制剂;
ix)CREB(cAMP反应元件结合蛋白)激活剂;
x)γ-氨基丁酸(GABA)受体激动剂;以及
xi)非经典WNT通路激动剂。
3.如权利要求1或2所述的神经分化培养基,其中所述细胞培养
基础培养基选自DMEM、DMEM:F12。
4.如前述权利要求中任一项所述的神经分化培养基,其中所述无
血清添加剂选自:N2添加剂、B27添加剂、谷氨酰胺添加剂、
NeuroBrewTM。
5.如前述权利要求中任一项所述的神经分化培养基,其中所述周
期抑制剂为G1/S细胞检查点的抑制剂。
6.如权利要求5所述的神经分化培养基,其中所述细胞周期抑制

\t剂选自:PD0332991、AZD5438、黄芩素、CI898三盐酸盐、大豆黄
素、WYE687二盐酸盐、YC1、夫拉平度、indisulam、purvalanol、
seliciclib、含羞草碱、purvalanol。
7.如前述权利要求中任一项所述的神经分化培养基,其中所述原
肌球蛋白受体激酶B[TrkB]受体激动剂为脑源性神经营养因子
(BDNF)、神经营养蛋白-4(NT-4)、神经胶质细胞源性神经营养因子
(GDNF)、神经营养蛋白-3(NT-3)、或以上的类似物。
8.如权利要求7所述的神经分化培养基,其中所述原肌球蛋白受
体激酶B[TrkB]受体激动剂选自:7,8-二羟基黄酮、N,N',N”-三(2-羟乙
基)-1,3,5-苯三甲酰胺(LM22A4)、4′-二甲氨基-7,8-二羟基黄酮。
9.如前述权利要求中任一项所述的神经分化培养基,其中所述经
典Wnt通路激动剂为糖原合成酶激酶3β(GSK3β)抑制剂。
10.如权利要求9所述的神经分化培养基,其中所述经典Wnt通
路激动剂选自:CHIR99021、(2'Z,3'E)-6-溴靛红-3'-肟(BIO)、(2'Z,3'E)-6-
溴靛红-3'-丙酮肟(BIO-丙酮肟)、5-乙基-7,8-二甲氧基-1H-吡咯并[3,4-c]
异喹啉-1,3(2H)-二酮(3F8)、1-(7-甲氧基喹啉-4-基)-3-[6-(三氟甲基)吡
啶-2-基]尿素(A1070722)、N-[(4-甲氧基苯基)甲基]-N'-(5-硝基-2-噻唑
基)尿素(AR-A014418)、3-(2,4-二氯苯基)-4-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)-1H-
吡咯-2,5-二酮(SB216763)、3-[(3-氯-4-羟苯基)氨基]-4-(2-硝基苯
基)-1H-吡咯-2,5-二酮(SB415286)、N-(3-氯-4-甲苯基)-5-(4-硝基苯
基)-1,3,4-噁二唑-2-胺(TC-G24)、2-甲基-5-[3-[4-(甲基亚硫酰基)苯
基]-5-苯并呋喃基]-1,3,4-噁二唑(TCS2002)或3-[[6-(3-氨基苯基)-7H-吡
咯并[2,3-d]嘧啶-4-基]氧基苯酚双三氟乙酸酯(TWS119)。
11.如权利要求2-13中任一项所述的神经分化培养基,其中所述
notch信号转导抑制剂为γ-分泌酶抑制剂。
12.如权利要求11所述的神经分化培养基,其中所述notch信号
转导抑制剂选自:N-[N-(3,5-二氟苯乙酰基)-L-丙氨酰基]-S-苯基甘氨酸
叔丁酯(DAPT)、司马西特、BMS-299897、BMS-708163、二苯并氮杂
卓、MK-0752、RO4929097、LY900009、LY3039478、LY411575、
MRK-003、MRK-006或BMS-906024。
13.如权利要求2-12中任一项所述的神经分化培养基,其中所述
CREB激活剂选自:腺苷酸环化酶激活剂、cAMP或其类似物、或者
磷酸二酯酶抑制剂。
14.如权利要求13所述的神经分化培养基,其中所述腺苷酸环化
酶激活剂选自:毛喉素、N,N-二甲基-(3R,4aR,5S,6aS,10S,10a-
R,10bS)-5-(乙酰氧基)-3-乙烯基十二氢-10,10b-二羟基-3,4a,7,7,10a-五
甲基-1-氧代-1H-萘并[2,1-b]吡喃-6-基酯β-丙氨酸盐酸盐、垂体腺苷酸
环化酶激活多肽1-27、1,9-双脱氧毛喉素、5-[[2-(6-氨基-9H-嘌呤-9-
基)乙基]氨基]-1-戊醇、或考福新达普酸盐酸盐。
15.如权利要求13所述的神经分化培养基,其中所述cAMP类似
物选自:联丁酰基-cAMP、8-(4-氯苯基硫代)-2'-O-甲基腺苷-3',5'-环单
磷酸乙酰氧甲酯、8-溴-cAMP或(S)-腺苷、环3',...

【专利技术属性】
技术研发人员:保罗·凯姆普尼古拉斯·艾伦
申请(专利权)人:加的夫大学学院咨询有限公司
类型:发明
国别省市:英国;GB

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