用于产生哺乳动物多能干细胞衍生之内胚层细胞的改良方法

文档序号:10517480
用于产生哺乳动物多能干细胞衍生之内胚层细胞的改良方法
【专利摘要】本发明涉及哺乳动物多能干细胞,特别是人多能干(hPS)细胞向内胚层细胞的定向分化。特别地,本发明涉及在哺乳动物多能干细胞,特别是hPS细胞分化成内胚层时,用DNA去甲基化剂处理哺乳动物多能干细胞特别是hPS细胞。如本文公开的,本发明人发现,使分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于DNA去甲基化剂中,导致内胚层细胞形态改善并且产量提高。用DNA去甲基化剂处理还导致干细胞标志物Oct4表达的显著下调以及内胚层特异性标志物特别是sox17、cxcr4和hhex的表达提高。
【专利说明】
用于产生哺乳动物多能干细胞衍生么内化层细胞的改良方法
技术领域
[0001] 本发明设及哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干化PS)细胞)向定形内胚层细胞 的定向分化。特别地,本发明设及在哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)分化成内胚层 时,用DNA去甲基化剂处理哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)。如本文公开的,本发明人 发现,将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于DNA去甲基化剂,导致内胚 层细胞形态改善并且产量提高。用DNA去甲基化剂的处理还导致干细胞标志物0ct4表达的 显著下调W及内胚层特异性标志物(特别是SOXl 7、cxcr4和化ex)的表达提高。
【背景技术】
[0002] 人多能干细胞有望彻底改变多种人细胞类型的可接近性(accessibility),因为 其具有在适当条件下自我更新的能力W及形成=个胚层(内胚层、中胚层和外胚层)之任何 类型的特化细胞(specialized cell)的能力。主要感兴趣的是内胚层,因为其产生肠、膜 腺、肝和肺,即,其衰竭或损伤与如今所见的大多数疾病状态和临床病症相关的人体器官。 因此,很大的前景在于用于替代治疗的器官特异性组织的体外开发。
[0003] 由于在=个胚层之中,内胚层发育为上述器官的独特能力,内胚层(更特别地为定 形内胚层)在器官特异性组织的产生中起着关键作用。因此,持续需要改善体外衍生之内胚 层细胞的特征,其最终影响器官特异性细胞和组织的质与量。然而,没有很好地了解早期内 胚层发育,到目前为止只鉴定了驱动人多能干细胞向内胚层分化的几个因素。因此,还发 现,尚未鉴定的对内胚层发育有影响的因素是重要的并且将有助于来优化用于体外产生内 胚层器官之细胞和组织的培养条件。
[0004] 早已猜测DNA甲基化在正常胚胎发生和发育中的重要性并且DNA去甲基化剂的应 用可引起基因组中基因大条带(large swath)的再激活。先前的工作已经示出,推测通过激 活屯、肌生成所需之通常为甲基化和沉默的基因可将DNA去甲基化用于hES细胞向屯、脏命运 的定向分化(Yoon等2006)。

【发明内容】

[0005] 本发明描述了改良方法,通过其使哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干化PS)细 胞)分化成定形内胚层细胞,与通过目前可用的现有技术方法获得的内胚层细胞相比,其具 有改善的特征。
[0006] 在第一方面中,本发明提供了用于产生哺乳动物多能干细胞衍生的定形内胚层细 胞化E细胞),特别是人多能干化PS)细胞衍生的定形内胚层细胞(DE细胞)的方法,其中将哺 乳动物多能干细胞(特别是人多能干细胞)暴露于DNA去甲基化剂。
[0007] 因此,提供了用于产生哺乳动物多能干细胞衍生的DE细胞的方法,其包括:
[000引在分化条件下培养哺乳动物多能干细胞W获得DE细胞,W及
[0009] 将分化中的哺乳动物多能干细胞暴露于DNA去甲基化剂。
[0010] 特别地,提供了用于产生人多能干化PS)细胞衍生的DE细胞的方法,其包括:
[0011] 在分化条件下培养人多能干细胞W获得DE细胞,W及
[0012] 将分化中的人多能干细胞暴露于DNA去甲基化剂。
[0013] 在哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)分化成定形内胚层细胞期间,将分化中 的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于DNA去甲基化剂(例如5-氮杂-2-脱氧胞巧 或5-氮杂胞巧)W使基因组的部分去甲基化并使基因转录激活。
[0014] 向所述DNA去甲基化剂的暴露可发生在哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)向 DE细胞分化期间的任意时间。
[0015] 作为根据本发明方法的结果,获得了具有改善特征的定形内胚层细胞及包含所述 内胚层细胞的细胞组合物。因此,在另一些方面中,本发明设及通过本发明的方法获得的定 形内胚层细胞W及设及包含所述内胚层细胞或由所述内胚层细胞组成的细胞组合物。
[0016] 在另一个方面中,本发明设及本发明之定形内胚层细胞或细胞组合物用于产生 肠、膜腺、肝和/或肺的细胞和组织的另外用途。例如,本发明的定形内胚层细胞或细胞组合 物可用于产生肝祖细胞或完全成熟的肝细胞样细胞,包括肝组织。本发明的定形内胚层细 胞或细胞组合物还可用于产生膜腺前体细胞或完全成熟的膜腺细胞,例如膜腺星状细胞或 郎格汉斯(Langerhans)细胞或者膜腺组织。
[0017] 在另一些方面中,本发明提供了本发明的定形内胚层细胞或细胞组合物在药物和 毒理学筛选(例如药物开发过程或毒性测试)中的另外用途。
[0018] 在另一个方面中,本发明提供了 DNA去甲基化剂在从哺乳动物多能干细胞(特别是 人多能干细胞)产生定形内胚层细胞中的用途。
[0019] 在再一个方面中,本发明设及用于实施本发明方法的试剂盒。在该方面中包括包 含至少一种DNA去甲基化的试剂盒。应理解,本文给出的关于在本发明方法中使用的组分之 细节也适用于本发明试剂盒所包含的组分。
[0020] 在又一个方面中,本发明设及组合物。运样的组合物特别地用于从哺乳动物多能 干细胞(特别是人多能干细胞)产生定形内胚层细胞。在该方面中包括包含至少一种DNA去 甲基化剂和激活素(例如激活素 A或激活素 B)的组合物。应理解,本文给出的关于在本发明 方法中使用的组分之细节也适用于本发明组合物所包含的组分。
[0021] 发明详述
[0022] 本发明提供了用于使哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干细胞)分化成定形内 胚层细胞的方法,所述方法包括在支持性培养基和包含DNA去甲基化剂的分化培养基中培 养所述哺乳动物多能干细胞,特别是WS细胞。因此,在哺乳动物干细胞(特别是WS细胞)分 化成内胚层期间,使其暴露于DNA去甲基化剂。
[0023] 因此,本发明提供了用于从哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干细胞)产生定形 内胚层细胞的方法,其特征在于在哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)分化成内胚层期 间,暴露于DNA去甲基化剂。
[0024] 可将用于产生哺乳动物多能干细胞衍生的定形内胚层细胞,特别是hPS细胞衍生 之定形内胚层细胞的方法描述为包括:
[0025] 在分化条件下培养哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干细胞)W获得定形内胚 层细胞,W及
[0026] 将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干细胞)暴露于DNA去甲基化剂。
[0027] 在根据本发明的方法中使用的DNA去甲基化剂可W是干扰DNA甲基转移酶酶活性 的任何化合物。合适的DNA去甲基化剂是核巧类似物型和非核巧型的DNA去甲基化剂,所述 核巧类似物型例如胞巧类似物,例如,5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿扎胞 巧)或泽布拉林^日13111日1';[]1日),所述非核巧型,例如普鲁卡因。1'〇。日;[]1日)、1?6108、5-5-腺巧-^高半脫氨酸、咖啡酸、绿原酸、表没食子儿茶素没食子酸醋(Epogal Iocatechin gallate)、盐酸阱苯化嗦、盐酸普鲁卡因胺或Psammaplin A。
[0028] 因此,在本发明的方法中使用的DNA去甲基化剂可W是核巧类似物型的DNA去甲基 化剂。或者,在本发明的方法中使用的DNA去甲基化剂可W是非核巧型的DNA去甲基化剂。在 本发明的方法中使用的DNA去甲基化剂还可W是运两种类型的混合物。
[0029] 可在本发明方法中使用的核巧类似物型的DNA去甲基化剂的非限制性实例是5-氮 杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)和泽布拉林。非核巧型的非限制性实例 是普鲁卡因、RG108、S-5-腺巧-k高半脫氨酸、咖啡酸、绿原酸、表没食子儿茶素没食子酸 醋、盐酸阱苯化嗦、盐酸普鲁卡因胺或Psammaplin A。
[0030] 因此,在本发明方法中使用的DNA去甲基化剂可W是选自W下的一种:5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)、泽布拉林、普鲁卡因、RGl08、S-5-腺巧-1^-高 半脫氨酸、咖啡酸、绿原酸、表没食子儿茶素没食子酸醋、盐酸阱苯化嗦、盐酸普鲁卡因胺、 Psammaplin A及其组合。
[0031] 在本发明方法中使用的DNA去甲基化剂可W是胞巧类似物,例如,5-氮杂-2-脱氧 胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)、泽布拉林、伪异胞巧。3日11(1〇13〇。71:1(1;[]1日)、5-氣-2-脱氧胞巧、5,6-二氨-5-氮杂胞巧、2/ -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧、6-氮杂胞巧、2/, 2^ -二氣-脱氧胞巧(吉西他滨)或胞喀晚-0-D-阿拉伯巧喃糖巧(arabinofurasonide)。
[0032] 因此,在本发明方法中使用的DNA去甲基化剂可W是选自W下的胞巧类似物:5-氮 杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)、5-氣-2-脱氧胞巧、5,6-二氨-5-氮杂 胞巧、2/ -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧、6-氮杂胞巧和y,2/ -二氣-脱氧胞巧(吉西他滨)。
[0033] 因此,在本发明方法中使用的DNA去甲基化剂可W是选自W下的胞巧类似物:5-氮 杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)和5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)。或者,在本发明方法中使用的DNA去 甲基化剂可W是胞巧类似物,其不是5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)或5-氮杂胞巧(阿扎胞 巧)。因此,在本发明方法中使用的DNA去甲基化剂可W是选自W下的胞巧类似物:5-氮杂- 2-脱氧胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)、5-氣-2-脱氧胞巧、5,6-二氨-5-氮杂胞 巧、2/ -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧、6-氮杂胞巧和y,2/ -二氣-脱氧胞巧(吉西他滨)。
[0034] 因此,在本发明方法中使用的DNA去甲基化剂可W是5-氮杂-2-脱氧胞巧。DNA去甲 基化剂还可W是5-氮杂胞巧。DNA去甲基化剂还可W是泽布拉林。DNA去甲基化剂还可W是 伪异胞巧。DNA去甲基化剂还可W是5-氣-2-脱氧胞巧。DNA去甲基化剂还可W是5,6-二氨-5-氮杂胞巧。DNA去甲基化剂还可W是y -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧。DNA去甲基化剂还可 W是6-氮杂胞巧。DNA去甲基化剂还可W是y J/-二氣-脱氧胞巧(吉西他滨)"DNA去甲基化 剂还可W是胞喀晚-e-D-阿拉伯巧喃糖巧。DNA去甲基化剂还可W是普鲁卡因。DNA去甲基化 剂还可W是RGIOSdDNA去甲基化剂还可W是S-5-腺巧-k高半脫氨酸。DNA去甲基化剂还可 W是咖啡酸。DNA去甲基化剂还可W是绿原酸。DNA去甲基化剂还可W是表没食子儿茶素没 食子酸醋。DNA去甲基化剂还可W是盐酸阱苯化嗦。DNA去甲基化剂还可W是盐酸普鲁卡因 胺。DNA去甲基化剂还可W是Psammap I inA。
[0035] 不仅可将分化中的WS细胞暴露于一种DNA去甲基化剂,而且还可将其暴露于一种 或更多种另外的DNA去甲基化剂,例如,暴露于两种、S种、四种、五种、六种或屯种上述那些 的组合。
[0036] 例如,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于两种上述DNA去 甲基化剂。因此,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于5-氮杂胞巧 (阿扎胞巧)与5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)的组合或者暴露于5-氮杂胞巧与泽布拉林的 组合。因此,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于5-氮杂胞巧(阿扎 胞巧)与5,6-二氨-5-氮杂胞巧的组合。因此,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是 hPS细胞)暴露于5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)与5,6-二氨-5-氮杂胞巧的组合。因此,可 将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)与y-脱 氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧的组合。因此,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细 胞)暴露于5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)与y-脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧的组合。因此, 可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是WS细胞)暴露于5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)与6-氮 杂胞巧的组合。因此,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于5-氮杂- 2-脱氧胞巧(地西他滨)与6-氮杂胞巧的组合。因此,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特 别是hPS细胞)暴露于5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)与y J/-二氣-脱氧胞巧(吉西他滨)的组合。 因此,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于5-氮杂-2-脱氧胞巧(地 西他滨)与y,2/ -二氣-脱氧胞巧(吉西他滨)的组合。
[0037] 还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于核巧类似物型的 DNA去甲基化剂与非核巧型的DNA去甲基化剂的组合,例如,5-氮杂-2-脱氧胞巧与普鲁卡 因、RG108、S-5-腺巧-k高半脫氨酸、咖啡酸、绿原酸、表没食子儿茶素没食子酸醋、盐酸阱 苯化嗦、盐酸普鲁卡因胺和PsammaplinA之一的组合。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞 (特别是hPS细胞)暴露于S种上述DNA去甲基化剂。因此,可将分化中的哺乳动物多能干细 胞(特别是WS细胞)暴露于5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)、5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)和泽布 拉林的组合。
[003引通常,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约InM至 约IOiiM(例如约InM至约如M)的DNA去甲基化剂。
[0039]例如,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约InM至 约IiiM的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓 度为约InM至约SOOnM的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS 细胞)暴露于浓度为约InM至约250nM的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细 胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约InM至约IOOnM的DNA去甲基化剂。因此,还可将分化中 的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约InM至约50nM的DNA去甲基化剂。 因此,还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是WS细胞)暴露于浓度为约InM至约25nM 的DNA去甲基化剂。因此,还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓 度为约InM至约15nM的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是WS细 胞)暴露于浓度为约InM至约IOnM的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞 (特别是hPS细胞)暴露于浓度为约SnM至约SOOnM的DNA去甲基化剂。因此,还可将分化中的 哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约5nM至约250nM的DNA去甲基化剂。还 可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约SnM至约IOOnM的DNA 去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约SnM至 约50nM的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓 度为约SnM至约25nM的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细 胞)暴露于浓度为约5nM至约15nM (例如在约1 OnM)的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳 动物多能干细胞(特别是WS细胞)暴露于浓度为约7.5nM至约25化M的DNA去甲基化剂。还可 将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约7. SnM至约IOOnM的DNA 去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约7.5nM 至约50nM的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于 浓度为约7. SnM至约25nM的DNA去甲基化剂。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是 hPS细胞)暴露于浓度为约7.5nM至约12.5nM的DNA去甲基化剂。
[0040] 在例如5-氮杂-2-脱氧胞巧用作DNA去甲基化剂的情况下,可将分化中的哺乳动物 多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为InM至约IiiM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。因此,可将 分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约InM至约SOOnM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约InM至 约250nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴 露于浓度为约InM至约l(K)nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。因此,可将分化中的哺乳动物多能干细 胞(特别是WS细胞)暴露于浓度为约InM至约50nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。因此,可将分化中 的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约InM至约25nM的5-氮杂-2-脱氧胞 巧。因此,可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约InM至约 15nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是WS细胞)暴露于 浓度为约InM至约IOnM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别 是WS细胞)暴露于浓度为约5nM至约SOOnM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。因此,可将分化中的哺乳 动物多能干细胞(特别是WS细胞)暴露于浓度为约5nM至约250nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还 可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约5nM至约l(K)nM的5-氮 杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约 SnM至约50nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细 胞)暴露于浓度为约5nM至约25nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的哺乳动物多能干 细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约5nM至约15nM(例如在约IOnM)的5-氮杂-2-脱氧胞 巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约7.5nM至约 250nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露 于浓度为约7.5nM至约IOOnM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞 (特别是hPS细胞)暴露于浓度为约7.5nM至约50nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。还可将分化中的 哺乳动物多能干细胞(特别是WS细胞)暴露于浓度为约7.5nM至约25nM的5-氮杂-2-脱氧胞 巧。还可将分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)暴露于浓度为约7.5nM至约 12.5nM的5-氮杂-2-脱氧胞巧。
[0041] 可将类似的浓度用于5-氮杂胞巧或泽布拉林用作DNA去甲基化剂的情况中。还可 将类似的浓度用于其他胞巧类似物的情况中,例如,伪异胞巧、5-氣-2-脱氧胞巧、5,6-二 氨-5-氮杂胞巧、2/ -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧、6-氮杂胞巧、2/,2/ -二氣-脱氧胞巧(吉西 他滨)或胞喀晚-e-D-阿拉伯巧喃糖巧,特别是5-氣-2-脱氧胞巧、5,6-二氨-5-氮杂胞巧、 2/ -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧、6-氮杂胞巧或y,2/ -二氣-脱氧胞巧(吉西他滨)。
[0042] 可在多能干细胞阶段与内胚层阶段之间的任何阶段,将分化中的哺乳动物多能干 细胞(特别是hPS细胞)暴露于所述试剂(或用所述试剂处理)。因此,向所述DNA去甲基化剂 的暴露可发生在哺乳动物多能干细胞(特别是WS细胞)分化成DE细胞期间。
[0043] 当分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)表现出最强的增殖能力时,所 述增殖能力通过细胞倍增时间(例如分化的第2天至第7天之间)所证明,通常将它们暴露于 核巧类似物型的DNA去甲基化剂(例如,5氮杂-2脱氧胞巧、5-氮杂胞巧、泽布拉林)。因此,可 在分化的第2天将DNA去甲基化剂添加至分化培养基。还可在分化的第3天将DNA去甲基化剂 添加至分化培养基。还可在分化的第4天将DNA去甲基化剂添加至分化培养基。还可在分化 的第5天将DNA去甲基化剂添加至分化培养基。还可在分化的第6天将DNA去甲基化剂添加至 分化培养基。在分化方案中可在任何时间添加非核巧型的DNA去甲基化剂(例如,普鲁卡因、 RG108、S-5-腺巧-k高半脫氨酸),因为其不需要细胞增殖来起作用。
[0044] 出乎意料地发现,用DNA去甲基化剂处理分化中的哺乳动物多能干细胞(特别是 hPS细胞)导致定形内胚层细胞形态改善并且产量提高。此外,用去甲基化剂处理提供了更 纯且更同质的内胚层细胞群(图IA至1B)。此外,用DNA去甲基化剂处理还出乎意料地导致内 胚层细胞中干细胞标志物0ct4表达的显著下调(图IC和1D)W及DE特异性标志物SOX17、 cxcr4和化ex之提高的蛋白质和基因表达(图1D)。运被认为是第一次示出DNA去甲基化和应 用参与哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)向定形内胚层分化之生长因子的运样的作 用。不受理论的束缚,认为甲基化的普遍不存在增强了在基因组水平下参与的生长因子的 作用。
[0045] 本发明中的起始材料可W是任意类型的哺乳动物多能干细胞,例如,哺乳动物胚 胎干细胞或哺乳动物诱导多能干细胞。
[0046] 例如,用于本发明的哺乳动物多能干细胞可W是人多能干细胞、灵长类动物多能 干细胞、小鼠多能干细胞、大鼠多能干细胞、犬多能干细胞、猫多能干细胞、猪(procine)多 能干细胞、牛多能干细胞或马多能干细胞。
[0047] 特别地,本发明中的起始材料可W是任意类型的人多能干细胞,例如,人胚胎干 化ES)细胞或人诱导多能干化iPS)细胞。
[0048] 因此,用作获得DE细胞的起始材料的人多能干细胞可W是人胚胎干细胞。用于获 得运样的hES细胞的多种技术是技术人员已知的。然而,优选地,根据本发明所使用的hES细 胞是在不破坏人胚胎的情况下衍生(或获得)的hES细胞,例如,通过使用单卵裂球移除技术 (single blastomere removal technique),其描述于例如化ung等(2008),还由Mercader 等在Essential Stem Cell Methods(第一版,2009)中描述。例如,所使用的合适的hES细胞 系是细胞系 SA167、SA181、SA461 (Cellartis AB,G接teborg, Sweden),其列于 NIH 干细胞登 记处(NIH stem cell regist;ry)、UK干细胞库(UK Stem Cell bank)和欧洲hESC登记处 化uropean hESC registry)并且可依要求获得。所使用的另一些合适的细胞系是由 Kl imanskaya等(2006)建立的那些,例如,细胞系MO 1和MA09,W及由Chung等(2008)建立的 那些,例如细胞系14126、14127、14128和14129,其均列于国际干细胞登记处 (International Stem Cell Registry)(归于 Advanced Cell Technology, Inc.Worcester,MA,USA)〇
[0049] 或者,可用作获得内胚层细胞和/或肝祖细胞的起始材料的人多能干细胞可W是 人诱导多能干细胞。获得运样的MpS细胞的多种技术已经描述于科学文献中,并且因此是 技术人员已知的[参见,例如,Takahashi等(2007) ; Zhou等(2009) ;Yu和Thomson在 Essentials of Stem Cell Biology第2版]。
[0050] 本发明中的起始材料可W是任意类型的哺乳动物多能干细胞,例如,哺乳动物胚 胎干细胞或哺乳动物诱导多能干细胞,其中哺乳动物多能干细胞不是人多能干细胞。
[0051] 用于将哺乳动物多能干细胞(特别是WS细胞)分化成DE细胞的合适条件是已知的 (参见,例如,化y 2008、Brolen 2010和Duan 2010)。例如,WO 2009/013254 Al描述了从hPS 细胞获得定形内胚层细胞的合适方案(实施方案1至4)。
[0052] 通常,为了获得内胚层细胞,在包含激活素(例如,激活素 A或激活素 B)的分化培养 基中培养哺乳动物多能干细胞,特别是hPS细胞。所述分化培养基还可包含组蛋白脱乙酷酶 化DAC)抑制剂,例如,T酸钢(化B)、T酸苯醋(PB)、丙戊酸盐/醋(valproate)、曲古抑菌素 A、恩替司他化ntinostat)或帕比司他(Panobinstat)。所述分化培养基还可包含一种或更 多种生长因子,例如FGFUFGF2和FGF4和/或血清,例如FBS或FCS。所述分化培养基可包含 GSK3抑制剂,例如CHIR99021或者Wnt信号传导激活剂,例如Wnt3A。所述分化培养基还可包 含P13K (憐酸肌醇3-激酶)抑制剂,例如LY294002。
[0053] 激活素的浓度通常为约50ng/ml至约150ng/ml,例如约80ng/ml至约120ng/ml。例 如,激活素可WW约50ng/ml或约10化g/m的浓度存在于分化培养基中。皿4巧巧制剂的浓度 通常为约0.5mM至约2mM。例如,皿4巧[]]制剂可W W约0.5mM或约ImM的浓度存在于分化培养 基中。一种或更多种生长因子的浓度可根据所使用的具体化合物而不同。例如,FGF2的浓度 通常为约2ng/ml至约50ng/ml,例如约2ng/ml至约1 Ong/ml。例如,FGF2可W W约4ng/ml或约 5ng/ml的浓度存在于分化培养基中。例如,FGFl的浓度通常为约50ng/ml至约20化g/ml,例 如约80ng/ml至约120ng/ml。例如,FGFl可W W约1 OOng/ml的浓度存在于分化培养基中。例 如,FGF4的浓度通常为约20ng/ml至约40ng/ml。例如,FGF4可WW约30ng/ml的浓度存在于 分化培养基中。如果存在的话,那么血清的浓度通常为约0.1 %v/v至约2%v/v,例如约 0.1 %至约0.5%、约0.2%v/v至约1.5%v/v、约0.2%v/v至约1 %v/v、约0.5%v/v至 1 %v/v 或约0.5%v/v至约1.5%v/v。例如,血清可W W约0.2%v/v、约0.5%v/v或约1 %v/v的浓度 存在于分化培养基中。如果存在的话,那么GSK3的浓度通常为约0.1 iiM至约10础,例如约 0.05咖至约扣M。如果存在的话,那么Wnt信号传导激活剂的浓度通常为约0.05ng/ml至约 lOng/ml,例如约0.5咖至约扣M。例如,PUK抑制剂的浓度通常为约0.1 iiM至10測,例如约IiiM 至如M。
[0化4] 分化培养基还可包含另一些补充剂,例如阳ST和/或GlutaMAX。所述分化培养基还 可包含ROCK抑制剂。PEST的浓度通常为约0.1 % v/v至约0.5% v/v,例如约0.1 % v/v至约 0.25 % v/vsGlutaMAX的浓度通常为约0.5 % v/v至约 1.5 % v/v,例如约0.75 % v/v至 1.25 % v/v,例如约1 % v/v。所述分化培养基还可包含ROCK抑制剂。ROCK抑制剂的浓度通常为约IiiM 至约1 OiiM,例如约2.5咖至约7.5咖,例如约如M。
[0055]形成所述分化培养基之基础的培养基可W是适于培养哺乳动物多能干细胞(特别 是hPS细胞)的任何培养基,例如,RPMI 1640或高级RPMI 1640培养基、Dulbecco改良的 Eagle培养基(DMEM)、肥M培养基、HBM培养基或基于Wi 11 iams E的培养基。因此,所述分化培 养基可W是包含或补充有上述组分的RPMI 1640或高级RPMI 1640培养基。或者,所述分化 培养基可W是包含或补充有上述组分的DMEM。因此,所述分化培养基还可W是包含或补充 有上述组分的HCM培养基。因此,所述分化培养基还可W是包含或补充有上述组分的皿M培 养基。因此,所述分化培养基还可W是包含或补充有上述组分的基于Wi 11 iams E的培养基。
[0056] 为了内胚层分化,通常在如上所述的含激活素的分化培养基中将哺乳动物多能干 细胞(特别是WS细胞)培养至多10天。例如,可在所述分化培养基中将哺乳动物多能干细胞 (特别是WS细胞)培养约4天至约10天,例如约4天至约9天、约4天至约7天或约7天至约9天。
[0057] 在本文实施例2中提供了用于从哺乳动物多能干细胞(特别是hPS细胞)获得定形 内胚层细胞的基础、非限制性培养条件。
[005引此外,可在无异源(xeno-free)的条件下获得本发明的内胚层细胞。因此,本发明 方法采用的起始材料可因而是无异源的,例如,无异源的hPS细胞或细胞系,所述细胞或细 胞系在无动物的条件下获得或建立。此外,贯穿本发明方法,细胞可完全地在无异源的条件 下培养,从而产生真正无异源的内胚层细胞。可通过在有异源的细胞(non-xeno free cells)中非人唾液酸Neu5Gc或其他非人标志物的存在来区分运样的细胞或细胞系与有异 源的组合物(Ma;rtin等2005)。
[0059] 与目前可用的现有技术方法相比,作为本发明方法的结果,获得了具有改善特征 的内胚层细胞,例如,DE细胞。
[0060] 与未用DNA去甲基化剂处理所获得的细胞群或细胞组合物相比,根据本发明获得 的定形内胚层细胞群或细胞组合物表现出干细胞标志物(如0ct4)改善的较低表达。此外, 定形内胚层细胞群或细胞组合物表现出许多定形内胚层细胞特征标志物(特别是SOX17、 cxcr4和化ex)提高的基因表达。此外,与未用DNA去甲基化剂处理所获得的细胞群或细胞组 合物相比,所获得的定形内胚层细胞群或细胞组合物更纯且更同质。
[0061] 本发明细胞组合物的特征还可在于至少70% (例如75%、80%、90%或95%)的细 胞是本发明的内胚层细胞。
[0062] -旦获得,则还可将本发明的内胚层细胞或细胞组合物用于产生肠、膜腺、肝和/ 或肺的细胞或组织。例如,可将本发明的内胚层细胞或细胞组合物用于产生肝祖细胞或完 全成熟的肝细胞样细胞,包括肝组织。还可将本发明的内胚层细胞或细胞组合物用于产生 膜腺前体细胞或完全成熟的膜腺细胞,例如膜腺星状细胞或郎格汉斯细胞,或者膜腺组织。
[0063] 还可将本发明的定形内胚层细胞或细胞组合物进一步用于药物和毒理学筛选(例 如药物开发过程或毒性测试)中。
[0064] 本发明还提供了试剂盒。运样的试剂盒特别地可用于实施本发明的方法,即,用于 从哺乳动物多能干细胞(例如人多能干细胞)产生定形内胚层细胞。根据本发明的试剂盒包 含至少一种DNA去甲基化剂。
[0065] 如上所述,应理解,本文给出的关于在本发明方法中使用的组分之细节也适用于 本发明试剂盒所包含的组分。
[0066] 因此,本发明的试剂盒所包含的至少一种DNA去甲基化剂可W是例如,胞巧类似 物,例如,5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨),5-氮杂胞巧(阿扎胞巧),泽布拉林,伪异胞巧,5- 氣-2-脱氧胞巧,5,6-二氨-5-氮杂胞巧,2/ -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧,6-氮杂胞巧,2/, 2/-二氣-脱氧胞巧(吉西他滨)或胞喀晚-P-D-阿拉伯巧喃糖巧。
[0067] 例如,本发明的试剂盒所包含的至少一种DNA去甲基化剂可W是选择W下的胞巧 类似物:5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)、5-氣-2-脱氧胞巧、5,6-二氨-5-氮杂胞巧、2/ -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧、6-氮杂胞巧和y,2/ -二氣-脱氧胞巧 (吉西他滨)。
[0068] 例如,本发明的试剂盒所包含的至少一种DNA去甲基化剂可W是5-氮杂-2-脱氧胞 巧(地西他滨)或5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)。或者,例如,本发明的试剂盒所包含的至少一种 DNA去甲基化剂可W是胞巧类似物,其不是5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)或5-氮杂胞巧 (阿扎胞巧)。
[0069] 本发明的试剂盒还可包含哺乳动物多能干细胞,特别是人多能干细胞。因此,本发 明的试剂盒可包含哺乳动物胚胎干细胞,特别是人胚胎干细胞和/或哺乳动物诱导多能干 细胞(特别是人诱导多能干细胞)。哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干细胞),可适当地 作为细胞悬液提供,并且可W W冷冻状态提供。
[0070] 本发明的试剂盒还包含激活素,例如激活素 A或激活素 B。
[0071 ] 本发明的试剂盒还可包含一种或更多种生长因子,例如FGFl、FGF2和FGF4,和/或 血清,例如FBS或FCS。
[0072] 本发明的试剂盒可包含5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)或5-氮杂胞巧(阿扎胞巧) 和哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干细胞),例如人胚胎干细胞或人诱导多能干细胞。
[0073] 本发明的试剂盒可包含5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)或5-氮杂胞巧(阿扎胞 巧)、激活素(例如激活素 A或激活素 B)和哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干细胞),例如 人胚胎干细胞或人诱导多能干细胞。
[0074] 可在相同或分开的容器中提供本发明试剂盒的组分。例如,可在相同容器中提供 至少一种DNA去甲基化剂和激活素。如果试剂盒包含哺乳动物多能干细胞(特别是人多能干 细胞),则通常在与包含其他组分的容器不同的容器中提供哺乳动物多能干细胞,例如人多 能干细胞。
[0075] 本发明还提供了组合物。运样的组合物特别可用于从哺乳动物多能干细胞(特别 是人多能干细胞)产生定形内胚层细胞。本发明的组合物包含至少一种DNA去甲基化剂和激 活素(例如激活素 A或激活素 B)。
[0076] 如上所述,应理解,本文给出的关于在本发明方法中使用的组分之细节也适用于 本发明组合物所包含的组分。
[0077] 因此,例如,本发明的组合物所包含的至少一种DNA去甲基化剂可W是胞巧类似 物,例如,5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)、泽布拉林、伪异胞巧、5-氣-2-脱氧胞巧、5,6-二氨-5-氮杂胞巧、2/ -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧、6-氮杂胞巧、2/, 2/-二氣-脱氧胞巧(吉西他滨)或胞喀晚-P-D-阿拉伯巧喃糖巧。
[0078] 例如,本发明的组合物所包含的至少一种DNA去甲基化剂可W是选自W下的胞巧 类似物:5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)、5-氣-2-脱氧胞巧、5,6-二氨-5-氮杂胞巧、2/ -脱氧-5,6-二氨-5-氮杂胞巧、6-氮杂胞巧和y,2/ -二氣-脱氧胞巧 (吉西他滨)。
[0079] 例如,本发明的组合物所包含的至少一种DNA去甲基化剂可W是5-氮杂-2-脱氧胞 巧(地西他滨)或5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)。或者,例如,本发明的组合物所包含的至少一种 DNA去甲基化剂可W是胞巧类似物,其不是5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)或5-氮杂胞巧 (阿扎胞巧)。
[0080] 本发明的组合物还可包含一种或更多种生长因子,例如FGFl、FGF2和FGF4,和/或 血清,例如FBS或FCS。
[0081] 因此,本发明的组合物可包含5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)和激活素(例如激活 素 A或激活素 B )。
[0082] 本发明的组合物可包含5-氮杂胞巧(阿扎胞巧)和激活素(例如激活素 A或激活素 B)。
[0083] 定义
[0084] 如本文所使用的,"多能"或"多能性"是指形成=个胚层(内胚层、中胚层和外胚 层)之所有类型特化细胞的潜能;并且区别于"全能"或"全能性",其是形成能够产生后代之 完整胚胎的能力。
[0085] 如本文所使用的,"人多能干细胞"化PS)是指具有在适当条件下自我更新的能力 W及形成S个胚层(内胚层、中胚层和外胚层)之任何类型特化细胞的能力的人细胞。hPS细 胞可具有在8周大至12周大的SCID小鼠中形成崎胎瘤的能力和/或在组织培养中形成所有 =个胚层之可鉴定细胞的能力。人多能干细胞的定义包括多种类型的胚胎细胞,包括人胚 胎干化ES)细胞(参见,例如,Thomson等(1998) ,Heins等(2004)) W及诱导多能干细胞[参 见,例如,Takahashi 等,(2007);Zhou 等(2009);化和Hiomson 在 Essentials of Stem Cell Biology第2版]。本文所述的多种方法可利用来自多种来源的hPS细胞。例如,适于使用的 hPS细胞可通过使用非破坏性技术从发育中的胚胎获得,所述非破坏性技术例如通过使用 单卵裂球移除技术,其描述于例如畑ung等(2008),还由Mercader等在Essential Stem Cell Methods(第I版,2009)中描述。另外地或可替代地,合适的hPS细胞可从建立的细胞系 获得或者可W是成体干细胞。
[0086] 如本文所使用的,"MPS细胞"是指人诱导多能干细胞。MPS细胞是通过诱导与多 能性相关的基因(例如,S 沈4-3、5564-4^34-1-60^1?4-1-81、0。1-4、5〇义2、胞11〇旨和^1128) 的表达从非多能细胞(通常为成年体细胞)衍生的多能干细胞类型。
[0087] 如本文所使用的,"定形内胚层(DE)"、"定形内胚层细胞"和"定形内胚层细胞(DE 细胞r是指表现出定形内胚层细胞的典型蛋白质和/或基因表达W及形态的细胞或者包含 大量类似于定形内胚层细胞之细胞的组合物。定形细胞层是产生肠、膜腺、肝和肺之细胞的 胚细胞层。DE细胞通常可通过内胚层标志物F0XA2、CXCR4、HHEX、S0X17、GATA4和GATA6的阳 性基因和蛋白质表达来表征并由此鉴定。两个标志物SOXl 7和CXCR4是特异于DE并且未在 hPS细胞中检测出的。最后,DE细胞未表现出未分化的细胞标志物0ct4、SSEA-3、SSEA-4、 TRA-1-60、TRA-1-81的基因和蛋白质表达,但是可示出低的Nanog表达。
[008引如本文所使用的,。肝祖细胞(^hepatic progenitor)"或。肝祖细胞化epatic progenitor cell)"是指已经进入肝细胞途径并产生肝细胞的细胞。因此,"肝祖细胞"与 "内胚层细胞"的区别在于其丧失了发育为肠、膜腺和肺之细胞的潜能。"肝祖细胞"通常可 通过早期肝标志物化CAM、c-Met化GF受体)、4。口、0(19、11册6、(:/邸口0和(:/邸地的阳性基因和 蛋白质表达来表征并且由此鉴定。它们未表现出DE标志物CXCR4和S0X17的基因和蛋白质表 达。最后,"肝祖细胞"未表现出未分化的细胞标志物0。14、5564-3、5564-4^1?4-1-60和1尺八-1-81^及成熟的肝标志物〔¥口142、〔¥口2〔9、〔¥口19、〔¥口344、〔¥口286和口邸的基因和蛋白质表 达。
[0089] 如本文所使用的,"肝细胞"或"肝细胞样细胞"是指完全分化的肝细胞。"肝细胞" 或"肝细胞样细胞"通常可通过成熟的肝标志物CYP1A2、CYP3A4、CYP2C9、CYP2C19、CYP2B6、 GSTA1-1、0ATP-2、NTCP、白蛋白、PXR、CAR和HNF4a(同工型1+2)等的阳性基因和蛋白质表达 来描述并由此鉴定。此外,"肝细胞"或"肝细胞样细胞"未表现出未分化的细胞标志物0ct4、 SSEA-3、SSEA-4、TRA-1 -60和TRA-1 -81的基因和蛋白质表达。与DE细胞相比,"肝细胞"或"肝 细胞样细胞"未表现出DE细胞标志物S0X17和CXCR4的基因和蛋白质表达。与"肝祖细胞"相 比,"肝细胞"或"肝细胞样细胞"未表现出肝祖细胞标志物细胞角蛋白19和AFP的基因和蛋 白质表达。
[0090] 如本文所指,如果在测量基因或蛋白质之表达水平的实验中,所测定的表达水平 高于测定标准偏差的=倍,其中表达水平和标准偏差是在10次独立的表达水平测定中测定 的,则所述基因或蛋白质应理解为"表达的"。在10次单独测定中测定的表达水平优选地用 背景信号校正。
[0091] 如本文所使用的,皿4巧巧制剂是指组蛋白脱乙酷酶抑制剂,例如,下酸钢("NaB")、 下酸苯醋("PB")、曲古抑菌素 A和丙戊酸盐/醋("VA")。
[0092] 如本文所使用的/'GSK抑制剂"是指抑制糖原合酶激酶(特别是GSK3,包括GSK3a或 GSK30)的化合物。
[0093] 如本文所使用的,"Wnt信号传导激活剂"是指激活Wnt信号传导的化合物。
[0094] 如本文所使用的,DNA去甲基化剂旨在表示干扰DNA甲基转移酶酶活性的化合物, 例如核巧类似物(如胞巧类似物),特别是5-氮杂-2-脱氧胞巧(地西他滨)、5-氮杂胞巧(阿 扎胞巧)和泽布拉林,W及非-核巧型,例如RG108、S-5-腺巧-k高半脫氨酸和普鲁卡因。
[0095] 如本文所使用的,术语"FGF"表示成纤维细胞生长因子,优选人和/或重组来源的 成纤维细胞生长因子,并且属于其的亚型为例如"bFGf (意指碱性成纤维细胞生长因子,有 时也称为FGF2)和FGF4/'aFGf'意指酸性成纤维细胞生长因子(有时也称为FGFl)。
[0096] 如本文所使用的,术语"激活素"旨在表示表现出包括调节细胞增殖和分化之广泛 生物活性的TGF-0家族成员,例如"激活素 A"或"激活素 B"。激活素属于配体的常见TGF-^S 家族。
[0097] 如本文所使用的,术语"ROCK抑制剂"旨在表示ROCK化O-相关蛋白激酶活性的抑 制剂。
[0098] 如本文所使用的,术语"无异源"旨在表示完全避免(circumvention)直接或间接 地暴露于非人动物组分。
【附图说明】
[0099] 图1.
[0100] 在hPS分化期间,用和不用5-氮杂-脱氧胞巧处理之hESC衍生的和MPSC衍生的定 形内胚层细胞(用基本方案A和B衍生)的表征。
[0101] 图2.
[0102] 在hPS分化期间,用5-氮杂-脱氧胞巧处理的衍生自27个不同hESC和MPSC系的定 形内胚层细胞(分别用基本方案A和B衍生)的表征。
[0103] 图3.
[0104] 在hPS分化期间,用或不用5-氮杂-脱氧胞巧或5-氮杂胞巧处理的衍生自3个hESC 和hiPSC系的定形内胚层细胞(分别用基本方案A和B衍生)的表征。 实施例
[0105] 在申请W02004/099394、W02003/055992、W0/2007/042225、W02007/140968 和 W02011116930中公开了一般的培养和传代技术的实例。
[0106] 如W下实施例所列的,起始材料是人多能干细胞,特别是人胚胎干细胞和人诱导 多能干细胞。
[0…7] 实施例1 :hPS细胞类型的维持
[0108] 所有hPS细胞(如上所定义的)均可用作本发明的起始材料。对于W下实施例,具体 地,定形内胚层是从在址:F饲养细胞上建立化e ins等2004)并维持在无饲养条件下之未分化 的人胚胎干细胞化ESC)体外衍生的。用于该实验的细胞系可W是但不限于hES细胞系 SA167、SA181、SA461 (Cellartis AB,GiHeborg, Sweden)并且它们可如Heins等2004所述 进行繁殖。运些细胞系列于NIH干细胞登记处、UK干细胞库和欧洲hESC登记处并且可依要求 获得。
[0109] 连同从hESC获得的hPS-起,还可将MPS(人诱导多能干)细胞用于本发明的实施 例之肝细胞的衍生。
[0110] 如下得到用于本发明的MPSC系:在37°C下,在5%C02潮湿气氛的空气中,将人真 皮成纤维细胞(邸L2429,ATCC)维持在补充有10%胎牛血清、IXglutamax、抓/ml青霉素和5 μg/ml链霉素的DMEM中。用编码小鼠0ct4、Sox2、Klf4和c-myc的重组慢病毒转导成纤维细胞 并且将其培养5天。然后,用膜蛋白酶分散所转导的细胞并在其正常生长培养基中W5 X 1〇3 个细胞/cm2的密度接种到丝裂霉素 C处理的人真皮成纤维细胞饲养细胞上。24小时之后,在 37°C下,在5%C02潮湿气氛的空气中,用补充有20%knockout血清替换物、IX非必需氨基 酸、1 Xglutamax、5U/ml 青霉素、5iig/ml 链霉素 、IOOiiM 2-琉基乙醇和 30ng/ml bFGF 的 knockout DMBl来替换培养基。每天替换一半体积的培养基,在大约30天之后出现iPS细胞 的群落。挑选iPS群落,在DEF-CS?中扩增并制备细胞库。然后,表征建库的细胞(banked 〇611)^检查内源0(3*4、5〇义2、1("4和(3-17(3的表达、转基因的沉默、体外分化成表示所有^ 个胚层的细胞类型的潜能,并且通过STR谱和与亲本成纤维细胞细胞系(ATCC)进行比较确 认其真实性。除了使用慢病毒重编程之外,还可使用逆转录病毒、仙台病毒、腺病毒、附加型 质粒载体、蛋白质和HiRNA或其他技术对hiPSC系进行重编程。使用的另一些合适的细胞系是 由化11叫等(2008)建立的那些,例如细胞系14126、]^127、]^128和]^129(4(1¥日11。6(1〔611 Technology, Inc.Worcester,MA,USA),其均列于国际干细胞登记处。运些细胞系是通过使 用单卵裂球移除技术在不破坏人胚胎的情况下衍生(或获得)的。
[01"] 实施例2:分化hPS细胞类型W产生肝细胞样细胞
[0112]肝细胞样细胞可通过使用W下示例性基本方案A和B从WS细胞衍生:
[0113] 方案 A:
[0114] 解离未分化的WS细胞并将其直接接种到新鲜制备的第0天培养基中。在第0天、第 1天、第2天、第3天、第4天、第5天、第7天新鲜制备并添加不同的培养基。预处理培养基购自 Cellectis AB(Arvid Wallgrens Backe 20,41356Gothenburg,Sweden)〇
[0115] 第0天
[0116] 预处理培养基
[0117] 3測 CHIR99021
[011引 SiiM ROCK抑制剂
[0119] 第1天
[0120] 预处理培养基
[0121] 3測 CHIR99021
[0122] 第2天
[0123] RPMI 1640(+0.1 % 阳ST+l%Glutamax)
[0124] 1XB27
[01巧]50ng/ml激活素 A
[0126] 3測 CHIR99021
[0127] SiiM LY294002
[012引第3天
[0129] RPMI 1640(+0.1 % 阳ST+l%Glutamax)
[0130] 1XB27
[0131] 50ng/ml 激活素 A
[0132] SiiM LY294002
[0133] 第4天至第7天
[0134] RPMI 1640(+0.1 % 阳ST+l%Glutamax)
[0135] 1XB27
[0136] 50ng/ml 激活素 A
[0137] 在第7天,将细胞进行传代。在37°C下,用化ypLE Select解育细胞3分钟至7分钟, 添加相同体积的Vi化OHES并将细胞悬液在200g至300g下离屯、5分钟至6分钟。之后,W50 000个细胞/cm2至350 000个细胞/cm2(例如,100 000个细胞/cm2至300 000个细胞/cm2,优 选150 000个细胞/cm2)的密度将细胞重铺板于基于纤连蛋白的包被上。
[0。引方案B:
[0139] 解离未分化的WS细胞并将其直接接种到新鲜制备的第0天培养基中。在第0天、第 1天、第2天、第3天、第4天、第5天、第7天新鲜制备并添加不同的培养基。预处理培养基购自 Cellectis AB(ArVid Wallgrens Backe 20,41356Gothenburg,Sweden)〇
[0140] 第0天
[0141] 预处理培养基
[0142] 3測 CHIR99021
[0143] SiiM ROCK抑制剂
[0144] 第1天
[0145] RPMI 1640(+0.1%WST+l%Glutamax)
[0146] 1XB27
[0147] 50ng/ml 激活素 A
[0148] 3iiM CHIR99021
[0149] SiiM LY294002
[0150] 第2天
[0151] RPMI 1640(+0.1 %阳ST+l%Glutamax)
[0152] 1XB27
[0153] 50ng/ml 激活素 A
[0154] SiiM LY294002 [01对第3天至第7天
[0156] RPMI 1640(+0.1%WST+l%Glutamax)
[0157] 1XB27
[0158] 50ng/ml 激活素 A
[0159] 对于传代d7,参见方案A。
[0160] 实施例3:证实在用DNA去甲基化处理的hESC和hiPS细胞中之改善的定形内胚层表 型
[0161] 过程;
[0162] 根据基本方案A(对于hESC衍生的和MPSC衍生的定形内胚层两者),在前内胚层期 (pre-endodermal曲ase)期间,在不同的时间点用IOnM 5-氮杂-2-脱氧胞巧处理细胞并保 持不同的持续时间,例如在所述方案的第2天至第3天、第2天至第4天、第3天至第4天和第4 天至第6天化ESC-DE:无 SazadC n = 4、SazadC d2-3 n = 4、d3-4 n=l、d2-4 n=l、d4-6 n = l;hiPSC-DE:无5azadC n = 5、5azadC d2-3 n = 5、d3-4 n = 2、d2-4 n=l、d4-6 n=l;其中n 是各实验的次数)。
[0163] 为了分析mRNA表达,在所述方案的第7天收获hESC衍生的和MPSC衍生的DE细胞并 使用qRT-PCR分析基因表达,归一化至管家基因 CREBBP,并且结果表示为归一化至校准物 (calibrator)的相对定量。
[0164] 结果:
[01 化]图 1A:
[0166] 与未处理的对照DE相比(图1A1)相比,在第2天至第3天用IOnM 5-氮杂-2-脱氧胞 巧处理的hESC衍生的DE(图1A2)更同质并且具有更明显的细胞-细胞接触。注意,在对照DE (图IAl)中未分化细胞的存在与对照DE中0ct4 mRNA和Nanog mRNA表达的较高表达一致(比 较图1D)。当在第2天至第4天、第3天至第4天和第4天至第6天用IOOnM 5-氮杂-2-脱氧胞巧 处理细胞时,获得了类似结果。InM 5-氮杂-2-脱氧胞巧具有较小的作用(数据未示出)。
[0167] 图1B:
[016引与对照DE(图1B1)相比,在第2天至第3天用IOnM 5-氮杂-2-脱氧胞巧处理的化PSC 衍生的DE(图1B2)更汇合并且具有更明显的细胞-细胞接触。当在第2天至第4天、第3天至第 4天和第4天至第6天用10化M 5-氮杂-2-脱氧胞巧处理细胞时,获得了类似结果。InM 5-氮 杂-2-脱氧胞巧具有较小的作用(数据未示出)。
[0169] 图1C:
[0170] 与未处理的对照相比,在第2天至第3天用IOnM 5-氮杂-2-脱氧胞巧处理的化PSC 衍生的DE在第7天具有少得多的0ct4免疫阳性细胞,即,在用去甲基化剂处理之后,留下较 少的未分化细胞并且DE是更加同质的。
[0171] 图1D:
[0172] 与在未处理的对照中的表达相比,在第2天至第3天、第3天至第4天、第2天至第4天 和第4天至第6天,在用IOnM SazadC处理的hESC衍生的和hiPSC衍生的DE中之干细胞标志物 0ct4的表达低得多(图IDl)。在SazadC处理的hESC衍生的DE中,干细胞标志物化nog的mRNA 表达是强烈降低的,而其在MPSC衍生的DE中保持基本不受影响(图1D1)。与未处理的对照 相比,在SazadC处理的hESC衍生的和MPSC衍生的DE中,DE标志物Soxl7、Cxcr4JoxA2和 Wfex的表达是上调的,而在hESC衍生的DE中的作用强于在MPSC衍生的DE中的作用(图1D3 至D6)。在对照W及SazadC处理的hESC衍生的和hiPSC衍生的DE两者中,胚胎外标志物Sox7 的表达均非常低,除了在第2天至第4天和第4天至第6天的SazadC处理之外,其提高了 Sox7 mRNA水平。
[0173] 总之,在hESC衍生的和MPSC衍生的细胞两者中,在内胚层发育期间用DNA去甲基 化剂处理细胞均导致改善的DE形态和DE细胞产量(图IA至1B)。此外,运导致干细胞标志物 0ct4更强烈的降低,如通过免疫细胞化学所检测的(图1C),导致明确的DE标志物S0X17、 CXCR4、皿XJoxa2表达的提高W及胚胎外内胚层标志物So巧和干细胞标志物0ct4和化nog 的降低(图ID)。因此,技术人员期望产生更同质的定形内胚层细胞群,可在多能干细胞类型 分化期间在例如第2天至第3天或第3天至第4天选择一种或更多种DNA去甲基化剂并使用它 们。
[0174] 实施例4:在DE分化期间,通过用DNA去甲基化剂处理从27个hPSC系的组衍生的高 度同质定形内胚层
[01巧]过程;
[0176] 根据基本方案A或B,在hPS分化成定形内胚层期间,在第2天至第3天用IOnM 5-氮 杂-2-脱氧胞巧处理衍生自27个hPSC系的细胞(方案A:畑iPSC14、畑iPSC19、畑iPSC22、 口11015、54167、54181、54461和¥曰19;方案8:化1?5〔4、化1?5〔66、化1?5〔7、化1?5〔8、 ChiPSC9、ChiPSC10XhiPSCll、ChiPSC13XhiPSC15、ChiPSC17、ChiPSC18、ChiPSC19、 〇11口5〔20、〇11?5〔21、〇11?5〔23、〇11?5〔24、?11012、?11021、?11025和54121)。
[0177] 用方案A和B两者测试27个hPSC系中的23个。在运些23个系中,只有4个细胞系 (如1?5(:14、化1?5〔23、?11015和?11032)仅可用两个方案之一进行分化。4个11?5(:系 (ChiPSC8、ChiPSC9、ChiPSC10 和 ChiPSCll)仅用方案 B 测试。
[0178] 为了分析mRNA表达,在所述方案的第7天收获hESC衍生的和MPSC衍生的DE细胞并 使用qRT-PCR分析基因表达,归一化至管家基因 CREBBP,并且结果表示为归一化至校准物的 相对定量。
[0179] 结果:
[0180] 图 2A 至 2D:
[0181] 使用基本方案A或B(其包括在hPS分化成定形内胚层期间,在第2天至第3天的DNA 去甲基化处理),可将来自27个不同hPSC系的未分化干细胞分化成高度同质的DE,与未分化 的hESC(SAlSl)和MPSC(化iPSC4)相比,其表现出干细胞标志物Oct-4和化nog的低mRNA表 达水平(图2A、2B)和DE标志物Soxl7和Cxcr4的高水平(图2C、2D)。
[0182] 总之,在hPS分化成定形内胚层期间,用DNA去甲基化剂处理细胞使得从测试的所 有hPSC系衍生出同质DE,所述DE具有干细胞标志物的低表达水平和DE标志物的高表达水 平。同质DE的衍生对于可从测试的所有系获得同质肝细胞培养物的衍生是重要的(数据未 示出)。
[0183] 因此,技术人员期望从任何给定的hPSC系产生同质的定形内胚层细胞群,可包括 例如在WS细胞分化成定形内胚层期间在第2天至第3天用DNA去甲基化剂处理。
[0184] 实施例5: DNA去甲基化剂5-氮杂-2-脱氧胞巧和5-氮杂胞巧两者均改善hESC衍生 的和hiPSC衍生之DE中的定形内胚层表型
[01化]过程;
[0186] 根据基本方案A化PSC系P11032和SA181)或B(hPSC系P11012),在hPS分化成定形内 胚层期间,在第2天至第3天用IOnM 5-氮杂-2-脱氧胞巧或者IiiM 5-氮杂胞巧处理衍生自3 个不同hPSC系的细胞。
[0187] 为了分析mRNA表达,在所述方案的第7天收获hESC衍生的和MPSC衍生的DE细胞并 使用qRT-PCR分析基因表达,归一化至管家基因 CREBBP,并且结果表示为归一化至校准物的 相对定量。
[01则结果:
[0189] 图3:
[0190] A,B)在不用去甲基化剂处理的情况下,3个hPSC系P11032、SA181和P11012产生具 有干细胞标志物0ct4和化nog之相对高mRNA表达的异质DE(图3A、3B)。用DNA去甲基化剂5-氮杂-2-脱氧胞巧(SazadC)和5-氮杂胞巧(5azaC)处理显著降低了0ct4和化nog mRNA(图 3A、3B)并且由此使得从运3个hPSC系衍生同质DE群。
[0191] C,D)在用IOnM 5-氮杂-2-脱氧胞巧或IiiM 5-氮杂胞巧处理后,未观察到DE标志物 Soxl7和Cxcr4 mRNA表达中的显著改变(图3C、3D)。
[0192] 总之,用DNA去甲基化剂5-氮杂-2-脱氧胞巧(5azadC)和5-氮杂胞巧(5azaC)两者 处理使得从hPSC系衍生同质DE,而如果未处理,则产生异质DE。
[0193] 因此,技术人员期望产生同质定形内胚层细胞群,可在多能干细胞类型分化成定 形内胚层期间,例如在第2天至第3天选择一种或更多种DNA去甲基化剂并使用它们。
[0194] 参考文献
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【主权项】
1. 用于产生哺乳动物多能干细胞衍生的定形内胚层细胞(DE细胞)的方法,所述方法包 括: 在分化条件下培养哺乳动物多能干细胞以获得所述DE细胞,以及 将分化中的哺乳动物多能干细胞暴露于DNA去甲基化剂。2. 根据权利要求1所述的方法,其中所述哺乳动物多能干细胞是人多能干细胞、灵长类 动物多能干细胞、小鼠多能干细胞、大鼠多能干细胞、犬多能干细胞、猫多能干细胞、猪多能 干细胞、牛多能干细胞或马多能干细胞。3. 根据权利要求1所述的方法,其中所述哺乳动物多能干细胞不是人多能干细胞。4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其中所述哺乳动物多能干细胞是哺乳动物 胚胎干细胞。5. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其中所述哺乳动物多能干细胞是哺乳动物 诱导多能干细胞。6. 根据权利要求1所述的方法,其中所述哺乳动物多能干细胞是人多能干(hPS)细胞。7. 根据权利要求6所述的方法,其中所述人多能干细胞是人胚胎干(hES)细胞。8. 根据权利要求7所述的方法,其中所述人胚胎干细胞在不破坏人胚胎的情况下获得。9. 根据权利要求6所述的方法,其中所述人多能干细胞是人诱导多能干(hiPS)细胞。10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是核苷类似物型 的DNA去甲基化剂,例如胞苷类似物。11. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是胞苷类似物。12. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂选自:5_氮杂-2-脱氧胞苷(地西他滨)、5-氮杂胞苷(阿扎胞苷)、泽布拉林、伪异胞苷、5-氟-2-脱氧胞苷、5, 6 -二氛-5_氣杂胞昔、2'-脱氧_5,6_二氛_5_氣杂胞昔、6_氣杂胞昔、2',2'-二氣-脱氧胞昔 (吉西他滨)或胞嘧啶-β-D-阿拉伯呋喃糖苷。13. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是选自以下的胞 苷类似物:5-氮杂-2-脱氧胞苷(地西他滨)、5-氮杂胞苷(阿扎胞苷)、5-氟-2-脱氧胞苷、5, 6 -二氛-5_氣杂胞昔、2'-脱氧_5,6_二氛_5_氣杂胞昔、6_氣杂胞昔和2' ,27 -二氣-脱氧胞昔 (吉西他滨)。14. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂选自:5_氮杂-2-脱氧胞苷(地西他滨)、5_氮杂胞苷(阿扎胞苷)、泽布拉林及其组合。15. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂选自:普鲁卡因、 RG108、S-5-腺苷-L-高半胱氨酸、咖啡酸、绿原酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、盐酸肼苯哒 嗪、盐酸普鲁卡因胺、Psa_aplin A及其组合。16. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是5-氮杂-2-脱 氧胞苷。17. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是5-氮杂胞苷。18. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是5-氟-2-脱氧 胞苷。19. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是5,6_二氢-5-氮杂胞苷。20. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是脱氧-5,6- 二氢-5-氮杂胞苷。21. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是6-氮杂胞苷。22. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中所述DNA去甲基化剂是2'。'-二氟-脱氧胞苷(吉西他滨)。23. 根据权利要求1至22中任一项所述的方法,其中将所述分化中的哺乳动物多能干细 胞暴露于浓度为1 nM至1 ΟμΜ,例如约1 nM至约5μΜ的所述DNA去甲基化剂。24. 根据权利要求1至22中任一项所述的方法,其中将所述分化中的哺乳动物多能干细 胞暴露于浓度如下的所述DNA去甲基化剂:约InM至约500ηΜ、约InM至约250ηΜ、约InM至约 1 OOnM、约 InM 至约 50nM、约 InM至约 25nM、约 1 nM至约 15nM、1 nM至约 1 OnM、约 5nM至约 500nM、约 5nM至约 2 50nM、约 5nM至约 10 OnM、约 5nM至约 5 OnM、约 5nM至约 2 5nM、约 5nM至约 15nM、约 7.5nM 至约250nM、约7.5nM至约ΙΟΟηΜ、约7.5nM至约50nM、约7.5nM至约25nM或约7.5nM至约 12.5nM〇25. 根据权利要求1至22中任一项所述的方法,其中将所述分化中的哺乳动物多能干细 胞暴露于浓度为5nM至约15nM,例如浓度为约10nM的所述DNA去甲基化剂。26. 根据权利要求1至25中任一项所述的方法,其中用于获得所述定形内胚层细胞的分 化条件的特征在于,在分化培养基中存在激活素例如激活素 A或激活素 B,和任选的一种或 更多种生长因子例如FGFUFGF2或FGF4,和/或血清例如FBS或FCS。27. 根据权利要求1至26中任一项所述的方法,其中用于获得所述定形内胚层细胞的分 化条件的特征还在于,在分化培养基中将所述哺乳动物多能干细胞培养至多10天,例如4至 10天,例如4至7天。 28. DNA去甲基化剂在从哺乳动物多能干细胞产生定形内胚层细胞中的用途。29. 根据权利要求28所述的用途,其中所述哺乳动物多能干细胞是人多能干细胞。30. 用于从哺乳动物多能干细胞,例如人多能干细胞产生定形内胚层细胞的试剂盒,其 包含至少一种DNA去甲基化剂。31. 根据权利要求30所述的试剂盒,其中所述DNA去甲基化剂是5-氮杂-2-脱氧胞苷(地 西他滨)。32. 根据权利要求30所述的试剂盒,其中所述DNA去甲基化剂是5-氮杂胞苷(阿扎胞 苷)。33. 根据权利要求30至32中任一项所述的试剂盒,其还包含哺乳动物多能干细胞,例如 人多能干细胞。34. 根据权利要求30至33中任一项所述的试剂盒,其还包含激活素,例如激活素 A或激 活素 B。35. 用于从哺乳动物多能干细胞,例如人多能干细胞产生定形内胚层细胞的组合物,其 包含至少一种DNA去甲基化剂以及激活素,例如激活素 A或激活素 B。36. 根据权利要求35所述的组合物,其中所述DNA去甲基化剂是5-氮杂-2-脱氧胞苷(地 西他滨)。37. 根据权利要求35所述的组合物,其中所述DNA去甲基化剂是5-氮杂胞苷(阿扎胞 苷)。
【文档编号】C12N5/071GK105874059SQ201380062204
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2013年11月28日
【发明人】芭芭拉·屈珀斯-蒙特, 何塞菲娜·埃德斯巴格
【申请人】宝生物欧洲公司
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