本发明涉及再生医学和生物学
技术领域：
，特别涉及一种干细胞制剂及其制备方法和应用。
背景技术：
：骨坏死是指人体骨骼活组织成份坏死。中国医学把骨坏死称之为骨蚀症。而对于骨坏死，人体在任何部位都有可能发生，仅就缺血性坏死已经发现40余处，而股骨头坏死发生率最高，这主要由生物力学和解剖学方面的特点来决定的。股骨头坏死的病因不尽相同，由于缺乏纵向比较研究以及理想的动物模型，其确切的发病机制尚未得到统一定论，目前的研究主要集中于股骨头的血管微循环和微血管缺血方面，尽管股骨头坏死的病因存在很大的差异，但都有一个共同的基本病理变化：股骨头血供减少或者中断导致骨细胞坏死，随后坏死区出现修复反应，坏死与修复的过程交织进行，坏死的终末期可出现股骨头负重区关节面塌陷以及继发性骨性关节炎的产生。全能干细胞具有以下特点：可分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和成肌细胞，同时还能表达多种基因，分泌多种成骨活性因子，为爬行替代、骨折愈合创造了有利条件，已在体外研究及体内骨与软组织损伤修复方面显示出良好的应用前景。同时动物实验已证实全身或局部注入全能干细胞或间充质干细胞很少发生移植排斥反应，对于治疗骨坏死具有一定的疗效。目前，治疗骨坏死的种子细胞主要为自体骨髓间充质干细胞和脐带间充质干细胞，但两者均为成体干细胞类型，已经具有一定的分化程度，在体外进行扩增培养时，这两种成体干细胞很容易出现分化现象，导致治疗效果较差，因此骨髓间充质干细胞和脐带间充质干细胞对于治疗骨坏死具有一定的局限性，需要研发一种新型的能够有效治疗骨坏死的干细胞制剂。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供了一种干细胞制剂及其制备方法和应用。该干细胞制剂采用胚胎干细胞和血管内皮前驱细胞联合治疗骨坏死，可有效促进骨坏死的愈合，显著提高新生骨的生长，其治疗效果显著好于单纯采用胚胎干细胞或血管内皮前驱细胞的治疗效果。为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供了一种干细胞制剂，包括胚胎干细胞、血管内皮前驱细胞、单核细胞趋化因子-1(MCP-1)和溶媒。本发明采用胚胎干细胞和血管内皮前驱细胞联合治疗骨坏死，替代骨髓干细胞或脐带干细胞作为修复骨损伤的主要细胞。胚胎干细胞保持着干细胞最为原始的分化潜能，并未出现细胞衰退凋亡现象，状态优良，且来源丰富，在体外分化能力强，治疗效果显著。此外，添加了血管内皮前驱细胞，两者联合使用。研究显示胚胎干细胞和血管内皮前驱细胞联合治疗，可有效促进骨坏死的愈合，显著提高新生骨的生长，其治疗效果显著好于单纯采用胚胎干细胞或血管内皮前驱细胞的治疗效果。在骨头修复过程中需要多种生长因子的参与，而此时内源性生长因子往往难以满足需要，故外源性生长因子在骨头坏死的治疗中正逐渐受到重视。在骨头坏死的治疗过程中，采用一定的方法适时适量地引入特定的生长因子，有助于骨头缺损的修复与重建，这些特定的生长因子主要分为促血管内皮细胞生长因子和调控骨、软骨细胞增殖分化因子。在本发明中，干细胞制剂中添加了单核细胞趋化因子-1，利于胚胎干细胞和血管内皮前驱细胞形成骨组织。作为优选，每1mL干细胞制剂中各组分的用量为：胚胎干细胞：(1～10)×106个；血管内皮前驱细胞：(1～10)×106个；单核细胞趋化因子-1：1～20ng；溶媒：补足。优选地，每1mL干细胞制剂中各组分的用量为：胚胎干细胞：(1～4)×106个；血管内皮前驱细胞：(1～4)×106个；单核细胞趋化因子-1：10ng；溶媒：补足。在本发明提供的实施例中，每1mL干细胞制剂中各组分的用量为：胚胎干细胞：(1～2)×106个；血管内皮前驱细胞：(1～2)×106个；单核细胞趋化因子-1：10ng；溶媒：补足。在本发明提供的实施例中，溶媒为生理盐水。制剂中选用生理盐水作为溶剂，其与人体组织的渗透压一致，不会对骨组织产生损伤。但溶媒的种类并非限定于此，本领域技术人员认可的溶媒均在本发明的保护范围之内。作为优选，干细胞制剂的保存温度≤4℃。低温保存制剂，一方面可避免MCP-1失活，另一方面则很好的保持了干细胞的生物活性，提高治疗效果。作为优选，干细胞制剂的剂型为注射剂。本发明还提供了该干细胞制剂在制备治疗骨坏死药物中的应用。在本发明提供的实施例中，骨坏死为股骨头坏死。本发明还提供了该干细胞制剂的制备方法，包括：将单核细胞趋化因子-1溶于溶媒中，得到单核细胞趋化因子-1溶液，采用单核细胞趋化因子-1溶液重悬胚胎干细胞和血管内皮前驱细胞，制得干细胞制剂。本发明提供了一种干细胞制剂及其制备方法和应用。该干细胞制剂包括胚胎干细胞、血管内皮前驱细胞、单核细胞趋化因子-1(MCP-1)和溶媒。本发明至少具有如下优势之一：1、本发明采用胚胎干细胞和血管内皮前驱细胞联合治疗骨坏死，可有效促进骨坏死的愈合，显著提高新生骨的生长，其治疗效果显著好于单纯采用胚胎干细胞或血管内皮前驱细胞的治疗效果；2、在本发明中，干细胞制剂中添加了单核细胞趋化因子-1，利于胚胎干细胞和血管内皮前驱细胞形成骨组织，可提高疗效；3、本发明提供的干细胞制剂制备时间短，制备效率高，适合工业化生产。具体实施方式本发明公开了一种干细胞制剂及其制备方法和应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本
发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。术语解释：血管内皮前驱细胞(EPSCs)：胚胎发育过程中EPSCs起源于胚外中胚层卵黄囊血岛(bloodisland)，由血液血管母细胞(Heman-gioblast)经成血管母细胞(angioblast)分化发育而来。这是一群具有游走特性、能进一步增殖分化的幼稚内皮细胞，缺乏成熟内皮细胞的特征性表型，不能形成管腔样结构。单核细胞趋化因子-1(MCP-1)是最早发现并被广泛研究的CC类趋化因子家族的成员之一，它对单核细胞、天然杀伤细胞、T淋巴细胞、嗜碱性细胞和树突状细胞有趋化作用。在本发明提供的实施例中，血管内皮前驱细胞的分离纯化方法参考文献为：张均克.血管新生研究进展，江汉大学学报[J].2005,2:90-96.。本发明提供的干细胞制剂及其制备方法和应用中所用生物材料、试剂或仪器均可由市场购得。其中胚胎干细胞购买于中国科学院。下面结合实施例，进一步阐述本发明：实施例1干细胞制剂的制备①用生理盐水溶解MCP-1(单核细胞趋化因子-1)，MCP-1终浓度为10ng/mL。②用含有MCP-1的生理盐水重悬血管内皮前驱细胞和胚胎干细胞，血管内皮前驱细胞的终浓度为5.0×105个/mL，胚胎干细胞的终浓度为5.0×105个/mL。③把制剂均分至1-2个注射器中。④制剂保存运输：把制剂放入到无菌的空盒里，把装有制剂的空盒转移至已放有冰袋的保存箱中，低温(0～4℃)进行运输。⑤细胞及制剂质量评价A、细胞质量评价(活力、表面抗原)：表1制剂中的细胞的活率项目实施例1实施例2实施例3实施例4存活率(％)95.7898.1596.2497.48表2制剂中的血管内皮前驱细胞的表面标记物表达率实施例1实施例2实施例3实施例4AC133表达率(％)98.797.899.498.3CD34表达率(％)99.999.799.598.9Flk-1表达率(％)98.999.798.598.9注：由于胚胎干细胞购买于中科院，其质量不需要再做检测。B、制剂质量评价(细菌、真菌、内毒素、五类病毒)：表3制剂制成后检测结果实施例2干细胞制剂的制备①用生理盐水溶解MCP-1(单核细胞趋化因子-1)，MCP-1终浓度为10ng/mL。②用含有MCP-1的生理盐水重悬血管内皮前驱细胞和胚胎干细胞，血管内皮前驱细胞的终浓度为1.0×106个/mL，胚胎干细胞的终浓度为2×106个/mL。③把制剂均分至1-2个注射器中。④制剂保存运输：把制剂放入到无菌的空盒里，把装有制剂的空盒转移至已放有冰袋的保存箱中，低温(0～4℃)进行运输。⑤细胞及制剂质量评价：试验结果与实施例1近似。实施例3干细胞制剂的制备①用生理盐水溶解MCP-1(单核细胞趋化因子-1)，MCP-1终浓度为10ng/mL。②用含有MCP-1的生理盐水重悬血管内皮前驱细胞和胚胎干细胞，血管内皮前驱细胞的终浓度为2×106个/mL，胚胎干细胞的终浓度为1.0×106个/mL。③把制剂均分至1-2个注射器中。④制剂保存运输：把制剂放入到无菌的空盒里，把装有制剂的空盒转移至已放有冰袋的保存箱中，低温(0～4℃)进行运输。⑤细胞及制剂质量评价：试验结果与实施例1近似。实施例4干细胞制剂的制备①用生理盐水溶解MCP-1(单核细胞趋化因子-1)，MCP-1终浓度为10ng/mL。②用含有MCP-1的生理盐水重悬血管内皮前驱细胞和胚胎干细胞，血管内皮前驱细胞的终浓度为4.0×106个/mL，胚胎干细胞的终浓度为4.0×106个/mL。③把制剂均分至1-2个注射器中。④制剂保存运输：把制剂放入到无菌的空盒里，把装有制剂的空盒转移至已放有冰袋的保存箱中，低温(0～4℃)进行运输。⑤细胞及制剂质量评价：试验结果与实施例1近似。实施例5动物实验1、动物造模：取30只新西兰大白兔，3％戊巴比妥钠耳缘静脉注射麻醉(30mg/kg)，取髋关节前外侧切口，显露股骨头及股骨颈前上部，行LightBμLb手术。在股骨颈软骨与骨交界处，以3.5mm电钻头向股骨头前内侧钻孔，深约4.0mm。刮匙向内侧潜行刮除部分股骨头松质骨至软骨下骨，约占股骨头总体积的50％～60％，模拟骨坏死行病灶清理术，干纱布保护股骨头以外组织，用沾有液氮的棉球即刻填塞于缺损区冷冻，连续冷冻25次，每次约8s，共持续约3min，使骨细胞和骨髓细胞坏死，生理盐水复温，制备ANFH动物模型。2、股骨头坏死(ANFH)动物模型修复方法：试验分组：对照组：单纯生理盐水复温后即刻缝合切口；实施例1组：吸取50μL实施例1的干细胞制剂植入缺损区，使用骨蜡封闭骨孔，缝合切口；实施例2组：吸取50μL实施例2的干细胞制剂植入缺损区，使用骨蜡封闭骨孔。实施例3组：吸取50μL实施例3的干细胞制剂植入缺损区，使用骨蜡封闭骨孔。实施例4组：吸取50μL实施例4的干细胞制剂植入缺损区，使用骨蜡封闭骨孔。各组缝合切口，术后连续3天臀大肌注入硫酸庆大霉素注射液，2mL/只，每日一次。3、评价方法：a、影像学观察(X线评分)术后2、4、8周，实验动物使用3％戊巴比妥钠耳缘静脉注射麻醉(30mg/kg)后取仰卧位，摄髋关节正位X线片，观察髋关节和骨缺损灶骨密度变化，并行Lane-SandhuX线评分评价成骨情况。b、组织学检测(新生血管计数)摄片后每次取2只动物处死，取股骨头标本，将标本置入体积分数10％甲醛固定48h，然后使用体积分数5％～7％硝酸溶液脱钙约2周，标本能被切割时即停止脱钙，沿冠状面切开标本，常规石蜡包埋，连续切片，厚5μm，HE染色，光镜下观察ANFH修复情况；每张切片在100倍镜下随机取10个视野，行血管计数，取均值。4、新生血管计数结果表4：各组术后不同时间点新生血管比较(n＝3，)组别制剂只数2周4周8周对照组生理盐水62.18±0.362.31±0.652.56±0.28实施例1组实施例1制剂62.39±0.612.78±0.783.12±0.67实施例2组实施例2制剂63.51±0.88*4.67±0.62*6.43±0.98*实施例3组实施例3制剂63.64±0.79*4.25±0.51*6.37±0.76*实施例4组实施例4制剂63.95±0.63*5.57±0.16*7.49±0.38**表示与对照组相比，P<0.05，具有统计学意义。术后各时间点血管评分显示：术后2、4、8周，实施例1与对照组1对比，没有统计学意义，P>0.05。实施例2～4组血管形成明显优于对照组1和实施例1组，差异有统计学意义(P<0.05)，且实施例4血管优于实施例2、3组。实施例6动物实验(对比实验)本实施例动物造模、修复方法及评价方法同实施例5，各组制剂组成如下：表5：本实施例中所用制剂组别具体组成对照组1生理盐水对照组23.0×106/mL血管内皮前驱细胞+10ng/mLMCP-1对照组33.0×106/mL胚胎干细胞+10ng/mLMCP-1实施例21.0×106/mL胚胎干细胞+2.0×106/mL血管内皮前驱细胞+10ng/mLMCP-1实施例32.0×106/mL胚胎干细胞+1.0×106/mL血管内皮前驱细胞+10ng/mLMCP-11、X线评价结果如下：表6：各组术后不同时间点X线评分比较(n＝8，)*表示与对照组1相比，P<0.05，具有统计学意义；#表示与对照组2、3相比，P<0.01，具有极显著的统计学意义；Lane-SandhuX线评分显示：术后2、4、8周，对照组2、3与对照组1对比，差异有统计学意义(P<0.05)；且实施例2、3与对照组1对比，差异具有极显著的统计学意义(P<0.01)。实施例2、3与对照组2、3对比，差异均具有极显著的统计学意义(P<0.01)，表明胚胎干细胞与血管内皮前驱细胞组合使用后能够产生更好的治疗效果。2、新生血管计数表7：各组术后不同时间点新生血管计数比较(n＝8，)组别只数2周4周8周对照组162.05±0.612.47±0.442.68±0.53对照组262.64±0.75*3.27±0.38*5.35±0.45*对照组362.43±0.50*3.16±0.29*4.82±0.51*实施例2组63.22±0.30#4.75±0.79#7.46±0.72#实施例3组63.43±048#4.41±0.56#7.58±0.86#*表示与对照组1相比，P<0.05，具有统计学意义；#表示与对照组2、3相比，P<0.01，具有极显著的统计学意义；术后各时间点血管评分显示：术后2、4、8周，对照组2、3与对照组1对比，差异有统计学意义(P<0.05)；且实施例2、3与对照组1对比，差异具有极显著的统计学意义(P<0.01)。实施例2、3与对照组2、3对比，差异均具有极显著的统计学意义(P<0.05)，表明胚胎干细胞与血管内皮前驱细胞组合使用后能够产生更好的治疗效果。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
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的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3