瘦素在诱导胚胎干细胞分化为造血干/祖细胞中的用途及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物工程领域，具体地，涉及瘦素在诱导胚胎干细胞分化为造血干/ 祖细胞中的用途及其应用，更具体地，涉及瘦素在诱导胚胎干细胞分化为造血干/祖细胞 中的用途、用于诱导胚胎干细胞分化为造血干/祖细胞的试剂盒，利用试剂盒制备造血干/ 祖细胞的方法，以及制备造血干/祖细胞的系统。
【背景技术】
[0002] 造血干/祖细胞移植是用于治疗重症再生障碍性贫血、白血病、地中海贫血、重症 免疫缺陷症等多种恶性血液及免疫系统疾病最为有效的治疗方式。目前，临床上造血干/ 祖细胞主要来源于捐献者骨髓、动员后的外周血及脐带血。但由于目前造血干/祖细胞捐 献者数量稀少且配型成功率极低，而脐带血中造血干/祖细胞的数量不足以重建成年人造 血，导致大量患者无法找到合适配型的造血干/祖细胞，因此，寻找新的造血干/祖细胞来 源具有非常重要的经济价值和社会意义。
[0003] 以人胚胎干细胞及诱导多能干细胞为代表的多能干细胞技术的出现为生物技术 和再生医学的发展带来了巨大的机遇。多能干细胞具有高度的自我更新能力和多向分化的 潜能，能够在特定诱导条件下定向分化为三胚层及其衍生分化的组织细胞。多能干细胞所 具有的这些独特的生物学特性不仅使其成为研宄胚胎发育规律的良好模型，并且能够为临 床替代或移植治疗提供源源不断的种子细胞。
[0004] 目前，多能干细胞向造血干/祖细胞分化模型的建立源于人们对于造血发育的认 识，通过与基质细胞共培养或添加细胞因子及小分子化合物等诱导剂模拟体内造血发育微 环境，诱导多能干细胞经过中胚层祖细胞和生血内皮细胞阶段，最终分化为造血干/祖细 胞和成熟血细胞。然而，由于人们对造血分化机制的认识仍存在较大局限性，多能干细胞向 造血细胞的诱导分化效率低，并且诱导细胞尚不具备体内造血重建的能力。
[0005] 因此，多能干细胞向造血细胞的诱导分化体系有待进一步的改进。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的 在于提出一种利用瘦素提高人胚胎干细胞向造血干/祖细胞分化的诱导效率的方法及其 应用。
[0007] 需要说明的是，本发明是基于发明人的下列工作而完成的：瘦素（Leptin)是一种 由脂肪组织分泌的激素类物质，其最主要的生理学作用是在人体内参与糖、脂肪和能量的 代谢调节，加快机体新陈代谢和能量释放，抑制食欲，降低体重。发明人发现，在特定的分化 阶段培养基中添加瘦素，人胚胎干细胞向造血干/祖细胞分化的诱导效率显著提高，并且 显著增加造血集落形成数量，同时向成熟造血谱系细胞的分化能力也有显著提高。
[0008] 由此，基于发明人的上述发现，本发明提供了用于诱导胚胎干细胞分化为造血干/ 祖细胞的试剂盒、装置和方法。
[0009] 根据本发明的一个方面，本发明提供了瘦素在诱导胚胎干细胞分化为造血干/祖 细胞中的用途。
[0010] 发明人惊奇的发现，瘦素可以显著提高胚胎干细胞向造血干/祖细胞分化的效 率，提高分化细胞的造血集落形成能力，诱导效果好且稳定。
[0011] 根据本发明的又一方面，本发明提供了一种用于诱导胚胎干细胞分化为造血干/ 祖细胞的试剂盒。根据本发明的实施例，该试剂盒包括：第一培养基，所述第一培养基为添 加了瘦素的AdvancedRPMI1640培养基；以及第二培养基，所述第二培养基为添加了瘦素 的Stempro34培养基。
[0012] 发明人惊奇的发现，利用该试剂盒诱导胚胎干细胞分化为造血干/祖细胞，集落 形成能力增强，并且胚胎干细胞向造血干/祖细胞分化的效率显著提高，诱导效果好且稳 定。
[0013] 从而，根据本发明的另一方面，本发明提供了一种利用前述的试剂盒制备造血干/ 祖细胞的方法。该方法包括：利用所述第一培养基对预处理的胚胎干细胞进行培养，以便得 到生血内皮细胞；和利用所述第二培养基对所述生血内皮细胞进行培养，以便获得造血干 /祖细胞。
[0014] 根据本发明的实施例，利用该方法诱导胚胎干细胞分化为造血干/祖细胞，胚胎 干细胞向造血干/祖细胞分化的诱导效率显著提高，并且造血集落形成能力增强，诱导效 果稳定性好。
[0015] 进一步地，根据本发明的再一方面，本发明提供了一种制备造血干/祖细胞的系 统。根据本发明的实施例，该系统包括：第一培养装置，所述第一培养装置利用第一培养基 对预处理的胚胎干细胞进行培养，以便得到生血内皮细胞；和第二培养装置，所述第二培养 装置与第一培养装置相连，所述第二培养装置利用第二培养基对所述生血内皮细胞进行培 养，以便获得造血干/祖细胞。
[0016] 根据本发明的实施例，利用该系统诱导胚胎干细胞分化为造血干/祖细胞，胚胎 干细胞向造血干/祖细胞分化的效率显著提高，并且造血集落形成能力增强，诱导效果好 且稳定。
[0017] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0018] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0019] 图1显示了根据本发明一个实施例的培养基中添加l〇〇ng/ml瘦素的实验组，胚胎 干细胞向造血干/祖细胞诱导分化过程中，各诱导培养阶段显微观察的细胞形态图片，图 片中，大图的标尺200 y m，小图的标尺25 y m，其中，
[0020] 图A显示了诱导分化前人胚胎干细胞的形态图片，
[0021] 图B显示了第二阶段培养后获得的细胞的形态图片，
[0022] 图C显示了第三阶段培养后获得的细胞的形态图片，
[0023] 图D显示了第四阶段培养后获得的细胞的形态图片，
[0024] 图2显示了根据本发明一个实施例的实验组的胚胎干细胞向造血干/祖细胞诱导 分化过程中各诱导培养阶段，诱导细胞造血特征基因Runxl和HoxB4的表达变化趋势示意 图；
[0025] 图3显示了根据本发明一个实施例的实验组的胚胎干细胞向造血干/祖细胞诱导 分化过程中第二阶段获得的细胞的特异性的标志蛋白Brachyury的表达情况图示；
[0026] 图4显示了根据本发明一个实施例的实验组和对照组的胚胎干细胞向造血干/祖 细胞诱导分化过程中第三阶段获得的细胞的特异性的标志表面蛋白KDR、CD31和CD144的 表达情况图示；
[0027] 图5显示了根据本发明一个实施例的实验组和对照组的胚胎干细胞向造血干/祖 细胞诱导分化过程中第四阶段获得的细胞的特异性标志表面蛋白CD34和CD45的表达情况 图示；
[0028] 图6显示了根据本发明一个实施例的实验组和对照组的胚胎干细胞向造血干/祖 细胞诱导分化过程中第四阶段获得的细胞的集落形成情况图示；以及
[0029] 图7显示了根据本发明一个实施例的实验组和对照组的胚胎干细胞向造血干/祖 细胞诱导分化过程中第四培养阶段获得的细胞的造血特异性转录因子RUNX1蛋白的表达 情况图示。
【具体实施方式】
[0030] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0031] 根据本发明的一个方面，本发明提供了瘦素在诱导胚胎干细胞分化为造血干/祖 细胞中的用途。
[0032] 其中，需要说明的是，本申请所提及的胚胎干细胞均来自商业化的永生化细胞株， 例如，WA01和WA09,均来自美国WiCell研宄中心，其获取并不需要破坏人类的胚胎，不违反 伦理道德。
[0033] 发明人惊奇的发现，瘦素可以显著提高胚胎干细胞向造血干/祖细胞分化的效 率，提高分化细胞的造血集落形成能力，诱导效果好且稳定。
[0034] 根据本发明的又一方面，本发明提供了一种用于诱导胚胎干细胞分化为造血干/ 祖细胞的试剂盒。根据本发明的实施例，该试剂盒包括：第一培养基和第二培养基。
[0035] 第一培养基，所述第一培养基为添加了瘦素的AdvancedRPMI 1640培养基。根据 本发明的具体示例，所述瘦素的浓度为l〇-3〇〇ng/ml，优选地，50-150ng/ml。由此，胚胎干 细胞向造血干/祖细胞分化的诱导效率显著提高，诱导效果稳定性好。根据本发明的一 些具体示例，所述第一培养基进一步添加了 1-硫代甘油、维生素C磷酸酯、谷氨酰胺、重组 人骨形成蛋白4(BMP4)、重组人碱性成纤维生长因子（bFGF)和重组人血管内皮生长因子 (VEGF)，其中，所述1-硫代甘油的浓度为3X 1(T4M~5X 1(T4M，优选地，4X 1(T4M ;所述维 生素C磷酸醋的浓度为40 y g/ml~60 y g/ml，优选地，50 y g/ml ;所述谷氨酰胺的浓度为 ImM~3mM，优选地，2mM ;所述重组人骨形成蛋白4的浓度为10ng/ml~30ng/ml，优选地，