生物基质支架制造技术

本发明专利技术提供了生物基质支架以及其制备和使用方法，所述生物基质支架是对于细胞外基质成分和结合生长因子、细胞因子和激素富集的组织提取物。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年7月1日、申请号为201180042689.9、专利技术名称为“生物基质支架”的PCT中请的分案申请。优先权声明本申请在35U.S.C.§119(e)下要求2010年7月2日提交的、序列号为61/360,939的美国临时申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。政府支持声明本专利技术的各方面在国立卫生研究院(NIH)资助号AA014243和IP30-DK065933、国立糖尿病、消化系统和肾病研究院(NIDDK)资助号DK34987、国立癌症研究院(NCI)资助号CA016086和国立牙科和颅面研究所资助号DE019569的政府支持下做出。美国政府对本专利技术具有一定的权利。
本专利技术涉及生物基质支架和产生生物基质支架的方法，以及它们作为完整支架或作为以各种方式被切片或粉碎以及被分散以用于特定的实验和临床用途的支架在不同应用中的用途。
技术介绍
先体内后体外(exvivo)或临床项目如细胞疗法中使用分化细胞的能力取决于维持具有成体表型并具有完全功能或可以谱系限制干细胞或祖细胞(“干/祖细胞”)以实现该成体表型的细胞的能力。干细胞研究中正在进行的革命已经使得干/祖细胞群体包括来自胚胎、胎儿和出生后组织的那些的鉴定和分离成为可能1。针对所有成体细胞类型鉴定和分离干/祖细胞的能力以及使它们扩增和分化的能力极大地增加了利用它们用于制药学及其他工业研究项目、用于学术研究以及用于临床项目诸如基于细胞的疗法和组织工程的潜能2。目前用于先体内后体外维持分化细胞或将干细胞谱系限制为成体命运的方法是部分成功的，并且涉及将细胞铺板在或嵌入一种或多种细胞外基质成分的基质并嵌入对于所需成体表型定制的由特定激素、生长因子、和营养物组成的培养液中。对于非常原始的干细胞诸如胚胎干(ES)细胞或诱导多能干细胞(iPS)，或出生后衍生的可以转变为多种成体命运的干细胞，诸如间充质干细胞(MSC)或羊水来源干细胞(AFSC)，这些干细胞经受可溶性信号和/或细胞外基质成分的混合物，并必须经数周时间以多组这样的信号进行处理。典型地，所实现的成体表型随着每次制备是不同的，并具有某些成体特异基因的过表达或低表达和/或一种或多种成体组织特异性基因的异常调节。细胞外基质由细胞分泌，在一个或多个细胞表面上与它们邻近，并且已经长期被认为是对于细胞的结构支持物7。它是由多种生物活性分子组成的极其复杂的支架，所述生物活性分子被高度调节，并且对于决定附着细胞的形态、生长和分化是关键的8。培养细胞的组织特异性基因表达通过在基质提取物或纯化的基质成分上培养细胞来改善9。然而，个别基质成分，单独的或组合的，不能够概括组织的复杂基质化学和结构。这与下列事实相关：基质成分处于与自然组织区域以及与组织学结构诸如血管相关的梯度中。组织基质的这种复杂性更加容易通过对组织脱细胞化并留下基质作为残留物的提取法来实现10、11。然而，当前的脱细胞化方案由于使用溶解基质成分的基质降解酶或缓冲液而导致一些基质成分的大量流失。本专利技术提供了生物基质支架以及制备和使用这样的生物基质支架的方法。本专利技术的方法导致产生富含组织的大部分胶原并具有结合基质成分和基质结合激素、生长因子和细胞因子的组织特异性提取物，所述胶原、结合基质成分和基质结合激素、生长因子和细胞因子对成熟细胞和干/祖细胞群体的谱系限制共同地产生重复性更高且更有效的分化效果。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供了从生物组织产生生物基质支架的方法，其包括以下步骤：a)以第一培养液灌注生物组织或使生物组织均质化，其中所述第一培养液的重量摩尔渗透压浓度是约250mOsm/kg至约350mOsm/kg，以及所述第一培养液是无血清的且处于中性pH；然后b)在所述第一培养液中用包含脂肪酶和/或去污剂的脱脂缓冲液灌注步骤(a)的生物组织或提取步骤(a)的匀浆；然后c)用处于中性pH且包含约2.0MNaCl至约5.0M的盐浓度的缓冲液灌注步骤(b)的组织或提取步骤(b)的匀浆，所述浓度选择以保持生物组织中鉴定的胶原不溶；然后d)在缓冲液中用核糖核酸酶(RNase)和脱氧核糖核酸酶(DNase)灌注步骤(c)的组织或提取步骤(c)的匀浆；以及然后e)用处于中性pH、无血清、且具有约250mOsm/kg至约350mOsm/kg的重量摩尔渗透压浓度的第二培养液冲洗步骤(d)的组织或步骤(d)的匀浆，进而从所述生物组织产生完整的或均质化的生物基质支架，所述生物基质支架包含生物组织的至少95％的胶原和大部分胶原结合基质成分以及基质结合生长因子、激素和细胞因子。此外，本专利技术提供生物基质支架，其包含胶原、纤连蛋白、层粘连蛋白、内功素/巢蛋白、弹性蛋白、蛋白聚糖、葡萄糖胺聚糖、生长因子、细胞因子、以及它们的任何组合，它们都是生物基质支架的部分。在另外的方面，本专利技术提供了产生细胞培养物的方法，其包括：a)根据本专利技术的方法产生生物基质支架；b)在培养装置中用细胞培养的培养液接触步骤(a)的生物基质支架；以及c)用细胞接种步骤(b)的生物基质支架，进而产生细胞培养物。本文中还提供了产生细胞培养物的方法，其包括：a)根据本专利技术的方法生产生物基质支架；b)冷冻步骤(a)的生物基质支架；c)从步骤(b)的生物基质支架制备冷冻切片作为细胞培养基；d)在培养装置中用细胞培养的培养液接触步骤(c)的细胞培养基；以及e)以细胞接种步骤(d)的细胞培养基，进而产生细胞培养物。另外，本专利技术提供了产生细胞培养物的方法，其包括：a)根据本专利技术的方法产生生物基质支架；b)将步骤(a)的生物基质支架研磨为粉末(例如，在一些实施方案中，在冷冻步骤(a)的生物基质支架之后)；c)用步骤(b)的粉末包被至少部分培养装置以产生细胞培养基；d)在培养装置中用细胞培养的培养液接触(c)的细胞培养基；以及e)用细胞接种步骤(d)的细胞培养基，进而产生细胞培养物。在该方法的特定实施方案中，可以例如在液氮温度或液氮温度附近在冷冻研磨机中进行生物基质支架的研磨。本文中还提供了本专利技术的组织特异性生物基质支架促进胚胎干细胞或诱导多能细胞向特定命运分化的用途，以及本专利技术的组织特异性生物基质支架促进将羊水来源干细胞或来自骨髓、脂肪组织、或任何胎儿组织或出生活组织的间充质干细胞或任何决定干细胞(例如，肺、肠、胆系、肾、皮肤、心脏)向特定成体命运分化的用途。在其他实施方案中，本专利技术提供了增强及加速干细胞和/或祖细胞分化为成熟细胞的方法，其包括根据本专利技术的方法产生细胞培养物，其中所述细胞是干细胞，并且细胞培养的培养液针对成熟细胞配制，进而增强和加速了干细胞和/或祖细胞分化为成熟细胞。本专利技术还提供了将细胞递送至受试者的方法，其包括用细胞接种本专利技术的生物基质支架，以及然后将所述用细胞接种的生物基质支架移植进受试者。另外，本文中提供了鉴定组织类型中肿瘤细胞的转移潜能的方法，其包括：a)根据本专利技术的方法产生生物基质支架；b)在培养装置中用细胞培养的培养液接触(a)的生物基质支架；c)用肿瘤细胞接种(b)的生物基质支架；d)在培养条件下维持(c)的生物基质支架；以及e)监控(d)的生物基质支架上肿瘤细胞的生长，其中生物基质支架上肿瘤细胞的生长鉴定该肿瘤细胞可以在体内在产生所述生物基质支架的本文档来自技高网...

【技术保护点】
从生物组织产生生物基质支架的方法，其包括以下步骤：a)用第一培养液灌注所述生物组织或使所述生物组织均质化，其中所述第一培养液的重量摩尔渗透压浓度是约250mOsm/kg至约350mOsm/kg，并且所述第一培养液是无血清的且处于中性pH；然后b)在所述第一培养液中用包含脂肪酶和/或去污剂的脱脂缓冲液灌注步骤(a)的生物组织或提取步骤(a)的匀浆；然后c)用处于中性pH且包含约2.0M NaCl至约5.0M NaCl的盐浓度的缓冲液灌注步骤(b)的组织或提取步骤(b)的匀浆，选择所述浓度以保持所述生物组织中鉴定的胶原不溶；然后d)在缓冲液中用RNase和DNase灌注步骤(c)的组织或提取步骤(c)的匀浆；以及然后e)用处于中性pH、无血清、且具有约250mOsm/kg至约350mOsm/kg的重量摩尔渗透压浓度的第二培养液冲洗步骤(d)的组织或匀浆，进而从所述生物组织产生完整的或均质化的生物基质支架，所述生物组织支架包含所述生物组织的至少95%的胶原和大部分胶原结合基质成分以及基质结合生长因子、激素和细胞因子。

【技术特征摘要】
2010.07.02 US 61/3609391.从生物组织产生生物基质支架的方法，其包括以下步骤：a)用第一培养液灌注所述生物组织或使所述生物组织均质化，其中所述第一培养液的重量摩尔渗透压浓度是约250mOsm/kg至约350mOsm/kg，并且所述第一培养液是无血清的且处于中性pH；然后b)在所述第一培养液中用包含脂肪酶和/或去污剂的脱脂缓冲液灌注步骤(a)的生物组织或提取步骤(a)的匀浆；然后c)用处于中性pH且包含约2.0MNaCl至约5.0MNaCl的盐浓度的缓冲液灌注步骤(b)的组织或提取步骤(b)的匀浆，选择所述浓度以保持所述生物组织中鉴定的胶原不溶；然后d)在缓冲液中用RNase和DNase灌注步骤(c)的组织或提取步骤(c)的匀浆；以及然后e)用处于中性pH、无血清、且具有约250mOsm/kg至约350mOsm/kg的重量摩尔渗透压浓度的第二培养液冲洗步骤(d)的组织或匀浆，进而从所述生物组织产生完整的或均质化的生物基质支架，所述生物组织支架包含所述生物组织的至少95%的胶原和大部分胶原结合基质成分以及基质结合生长因子、激素和细胞因子。2.权利要求1的方法，其中所述第一培养液包含盐、矿物质、氨基酸、维生素和糖。3.权利要求1的方法，其中所述第一培养液是基础培养液。4.权利要求3的方法，其中所述基础培养液选自由RPMI1640、DME/F12、DME、F12、Waymouth培养液以及William培养液组成的群组。5.权利要求1的方法，其中所述第二培养液包含组织液中所存在组分的至少一种。6.权利要求1的方法，其中步骤(b)的所述脱脂缓冲液包含第一培养液中约20单位/L至约50单位/L的磷脂酶A2和约1%的脱氧胆酸钠。7.权利要求1的方法，其中步骤(c)的所述缓冲液的盐浓度在用于从成体肝脏制备支架时为约3.4MNaCl至约3.5MNaCl，以及在用于从胎儿肝脏制备支架时为约4.0MNaCl至约4.5MNaCl。8.权利要求1的方法，其中步骤(c)的所述缓冲液还包含蛋白酶抑制剂。9.权利要求8的方法，其中所述蛋白酶抑制剂是大豆胰蛋白酶抑制剂。10.权利要求1的方法，其中步骤(d)的所述缓冲液还包含蛋白酶抑制剂。11.权利要求10的方法，其中所述蛋白酶抑制剂是大豆胰蛋白酶抑制剂。12.权利要求1的方法，其中步骤(a)至(e)的所有培养液和缓冲液中没有可检测量的使细胞外基质成分降解的酶。13.权利要求1的方法，还包括对所述生物基质支架消毒。14.权利要求13的方法，其中所述消毒步骤包括所述生物基质支架的伽马辐射。15.权利要求1的方法，其中所述生物组织选自由肝脏组织、肺脏组织、胰脏组织、甲状腺组织、肠组织、皮肤组织、血管组织、膀胱组织、心脏组织和肾脏组织组成的群组。16.权利要求1的方法，其中所述生物组织来自哺乳动物。17.通过权利要求1-16中任一项的方法产生的生物基质支架。18.生物基质支架，其包含胶原、纤连蛋白、层粘连蛋白、内功素/巢蛋白、弹性蛋白、蛋白聚糖、葡萄糖胺聚糖、生长因子、细胞因子、或它们的任何组合，它们都是所述生物基质支架的部分。19.产生细胞培养物的方法，其包括：a)根据权利要求1-16中任一项的方法产生生物基质支架；b)在培养装置中用细胞培养的培养液接触步骤(a)的所述生物基质支架；以及c)用细胞接种步骤(b)的所述生物基质支架，进而产生细胞培养物。20.产生细胞培养物的方法，其包括：a)根据权利要求1-16中任一项的方法产生生物基质支架；b)冷冻步骤(a)的所述生物基质支架；c)从步骤(b)的所述生物基质支架制备冷冻切片作为细胞培养基；d)在培养装置中用细胞培养的培养液接触步骤(c)的所述细胞培养基；以及e)用细胞接种步骤(d)的所述细胞培养基，进而产生细胞培养物。21.产生细胞培养物的方法，其包括：a)根据权利要求1-16中任一项的方法产生生物基质支架；b)将步骤(a)的所述生物基质支架研磨为粉末；c)用步骤(b)的所述粉末包被至少部分培养装置以产生细胞培养基；d)在培养装置中用细胞培养的培养液接触(c)的所述细胞培养基；以及e)用细胞接种(d)的所述细胞培养基，进而产生细胞培养物。22.权利要求21的方法，其中所述生物基质支架的研磨在液氮温度或液氮温度附近在冷冻研磨机中进行。23.权利要求19-22中任一项的方法，其中所述细胞培养的培养液包含组织液中所存在组分的至少一种，其中所述培养液的重量摩尔渗透压浓度是约250mOsm/kg至约350mOsm/kg，以及其中所述培养液是无血清的。24.权利要求23的方法，其中所述培养液是RPMI-1640。25.权利要求19-24中任一项的方法，其中所述细胞与用于制备所述生物基质支架的所述生物组织的细胞是相同类型的。26.权利要求19-24中任一项的方法，其中所述细胞选自由以下细胞组成的群组：胚胎干(ES)细胞、诱导多能干(iPS)细胞、决定干细胞、围产期干细胞、羊水来源干细胞(AFSC)、来自任何来源的间充质干细胞(MSC)、任何组织类型的定向祖细胞或成体细胞、成熟细胞、正常细胞、病态细胞、肿瘤细胞...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·王，L·C·M·里德，M·亚莫基，CB·崔，A·Z·王，M·E·维尔纳，
申请(专利权)人：北卡罗来纳查佩尔山大学，
类型：发明
国别省市：美国;US