ips诱导定向分化成神经干细胞（insc）的方法及应用
技术领域
1.本技术涉及生物领域，具体的涉及干细胞制备方法，具体的涉及ips诱导定向分化成神经干细胞（insc）的方法及应用。
背景技术：
2.随着干细胞技术的不断发展，多能干细胞在组织工程、再生医学等领域的应用越来越广泛。体细胞诱导成为多潜能性干细胞(ips)的研究成果被誉为生命科学领域新的里程碑。由于ips细胞既避免免疫排斥,又不涉及伦理道德问题,因此具有广泛且重要的临床应用价值。尤其是神经干细胞的研究，对于神经退行性疾病的治疗有着重要的意义。
3.ipsc是利用反转录病毒、腺病毒等载体，将某些特殊的转录因子导入终末分化的成体细胞，重编程诱导成具有潜在分化功能的干细胞。将成鼠的成纤维细胞重编程成ipsc，它具有与小鼠胚胎干细胞(esc)十分相似的生理特性。2007年，ipsc技术在人类体细胞中得以应用。2009年，ebea等建立了人脊髓性肌萎缩症(sma)ipsc模型并应用于sma的发病机制和治疗学研究。ad是老年人常见的神经系统变性病，临床特征为隐袭起病，进行性智能衰退，多伴有人格改变。病因迄今未明。病理上，患者呈弥漫性脑萎缩，并出现老年斑、神经纤维缠结、海马椎体细胞颗粒空泡变性及神经元缺失。研究发现，导致ad的主要遗传因素为载脂蛋白e、早老素(presenilin，ps)1、ps2、淀粉样肽前体蛋白基因突变。yagi等建立了ps1和ps2基因突变的ipsc系，并诱导分化为神经元细胞。该神经元细胞内较正常对照组有较多的淀粉样蛋白42分泌，证实了淡粉样蛋白聚集导致ad发病的机制。hd是一种呈常染色体显性遗传的大脑变性疾病，主要症状为舞蹈样动作和进行性认知障碍。病因主要是由于it15基因中出现多个串联的cag重复序列，由此产生异常的神经性舞蹈病蛋白，从而造成细胞毒性而发生神经细胞的变性改变。当cag重复超过4o个时即可导致本病的发生，cag重复序列扩增越多，患者的起病年龄越早。研究发现，hd患者ipsc来源的纹状体神经元和神经前体细胞具有和hd患者相似的cag重复序列，易于受到损伤后凋亡。研究也发现，mir-196a可降低hd患者来源的ipsc诱导的神经元细胞内神经性舞蹈病蛋白的病理性聚集及过度表达，从而证明mir-196a对hd的潜在治疗价值。
4.此前的研究显示，窖蛋白1（caveolin1）参与调节间充质干细胞的分化，研究也证实了人脂肪间充质干细胞分化为类多巴胺能神经元细胞中在人脂肪间充质干细胞向类多巴胺能神经元的分化过程中窖蛋白1表达减少，下调窖蛋白1表达能够促进人脂肪间充质干细胞向类多巴胺能神经元分化，而且可提高细胞中酪氨酸羟化酶、lmx1a及nurr1的表达，窖蛋白1在干细胞向多巴胺能神经元分化中起负向调控作用。但是目前，针对ips细胞诱导成为神经干细胞是否也可以通过下调窖蛋白1（caveolin1）来实现还没有相关研究。神经干细胞是一类具有分裂潜能和自更新能力的母细胞，它可以通过不对等的分裂方式产生神经组织的各类细胞。神经干细胞具有分化为神经神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力，能自我更新，从而为神经组织提供大量的功能性细胞，在多种神经系统疾病方面具有着重要的应用价值和研究意义。
8mm)。 本发明的培养基还可包含血清。血清是凝固血液的上清液。血清组分包括附着因子、微量营养物质(例如微量元素)、生长因子(例如激素、蛋白酶)和保护性元素(例如抗毒素、抗氧化剂、抗蛋白酶)。血清可从多种动物来源获得，包括人、牛或马血清。当包含在根据本发明的细胞培养基中时，通常以5-10％(体积)的浓度添加血清。优选的细胞培养基是无血清的。细胞培养基可任选地包含一种或多种缓冲剂。合适的缓冲剂包括但不限于n-[2-羟乙基]-哌嗪-n'-[2-乙磺酸](hepes)、mops、mes、磷酸盐、碳酸氢盐和适用于细胞培养应用的其它缓冲剂。合适的缓冲剂是提供缓冲能力而对培养的细胞没有实质细胞毒性的缓冲剂。合适的缓冲剂的选择在细胞培养领域的普通技术范围内。
[0020]
优选的，本发明的培养基是dmem/f12中添加2% b27 supplement、1% n2 supplement，20 ng/ml bfgf，10-500μg/ml caveolin1-4b7单抗组成。
[0021]
有益效果：本发明提供了一种将红细祖细胞通过重编程制备成为ips细胞后，经过诱导获得了诱导性神经干细胞的方法。在ips诱导为神经干细胞的过程是通过在添加有窖蛋白1抑制剂的诱导分化培养基中实现的。所述的窖蛋白1抑制剂是特异性针对窖蛋白1的单克隆抗体caveolin1-4b7。通过添加相应的抗体，能够使得诱导效率大幅提高。
附图说明
[0022]
图1 单克隆抗体纯化后sds-page图图2 单克隆抗体caveolin1-4b7 western blot特异性鉴定结果图图3 单抗caveolin1-4b7对窖蛋白1表达的影响结果图4 单抗对ips细胞向神经干细胞的分化影响
实施方式
[0023]
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0024]
尽管本文使用了特定的术语，但它们仅用于一般性和描述性的意义，而不是为了限制的目的。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开描述的主题所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。
[0025]
实施例1 窖蛋白1（caveolin1）抑制性单克隆抗体的制备根据nm_012232.6人caveolin1的氨基酸序列，通过kolaskar-tongaonkar抗原决定簇分析软件，选择高免疫原性位点同时结合caveolin1关键活性区域，选取了会影响蛋白活性关键区域以及具有高免疫原性的表位活性肽：tvskllekvrkvsvnvktvrgsl，委托南京金斯瑞生物科技进行合成，检测多肽纯度达到99.5%，将其与血蓝蛋白（klh） 偶联； 备用。
[0026]
将偶联后的表位活性肽溶解后与弗氏完全佐剂以1∶1的体积比充分乳化。取3只6周龄balb/c雌鼠采用皮下多点注射的方法进行免疫，共免疫4次，每两周进行一次免疫，剂量为每只60
µ
g。对血清免疫效价最高的1号小鼠，在细胞融合前3d，对脾脏进行加强免疫，剂量为50
µ
g。
[0027]
将生长状态良好的sp2/0骨髓瘤细胞与1号免疫小鼠的脾脏细胞分别用无血清
1640培养基洗涤至无明显颗粒后，以1：9的数量比进行混合，离心弃上清。轻摇离心管使细胞均匀分散后，缓慢加入1ml37℃预热的peg1500并轻轻吹打混匀，60s后，立即加入预热的20ml1640培养基终止融合，然后加入20�s-hat-1640培养基悬浮细胞并混匀。将混匀后的培养基均匀铺于96孔板中，置于5%co2、37℃的培养箱中培养，每天跟踪观察，融合后8d用10�s-ht-1640培养液换液，当克隆长至孔底面积的1/3～1/2时，通过elisa以表位活性肽作为正筛，以klh作为反筛，筛选阳性的克隆共计89个。将阳性克隆中较强反应特性的20个克隆通过有限稀释法对细胞集落数目少且阳性值高的孔进行克隆化，经过4次亚克隆后即得到1株能稳定分泌特异性单克隆抗体的细胞株命名为caveolin1-4b7。
[0028]
选用8周以上的balb/c小鼠，在接种杂交瘤细胞10天前，将0.5ml的液体石蜡注射入小鼠腹腔。收集生长良好的杂交瘤细胞caveolin1-4b7，调整为每毫升1
×
106个，每只小鼠腹腔注射细胞悬液0.5ml。10d后，小鼠腹部明显膨大后消毒腹部皮肤，用注射器抽取腹腔腹水。离心吸取淡黄色腹水，将饱和硫酸铵溶液以1∶1的体积比缓慢加入抽取的腹水中，混匀，直到出现白色沉淀。离心去上清，用pbs（ph7.45）溶液溶解沉淀，使用亲和层析柱进行抗体纯化，纯化后的抗体采用sds-page进行鉴定。结果如图1所示。
[0029]
实施例2 单克隆抗体caveolin1-4b7效价测定将表位活性肽用碳酸氢盐缓冲液稀释至质量浓度为1
µ
g/ml，用酶联免疫吸附（elisa）板包被，4℃过夜。洗板1次后，加入封闭液，37℃放置2h。洗板5次，加入单克隆抗体caveolin1-4b7腹水，从1∶1000开始进行倍比稀释，稀释6个梯度，空白为磷酸盐缓冲溶液（pbs），设置重复对照，37℃孵育30min。洗板5次，加入hrp-羊抗鼠二抗，37℃孵育30min。洗板5次，最后加3，3'，5，5'-四甲基联苯胺（tmb）底物显色剂，37℃反应10min。加终止液，于450nm/630nm双波长处检测光密度（od）值。经测定，小鼠腹水的效价为6.4
×
106。
[0030]
实施例3 单克隆抗体caveolin1-4b7特异性鉴定采用 western blot 将大肠杆菌dh5α裂解物，血蓝蛋白，人脐带间充质干细胞裂解物，先以sds-page分离，再将凝胶蛋白带转移至硝酸纤维素膜上，与单克隆抗体caveolin1-4b7反应后，加hrp-羊抗鼠igg，以dab显色。结果如图2所示。
[0031]
从图2可以看出，泳道1的大肠杆菌dh5α裂解物，泳道2的雪蓝蛋白均没有特异性的条带，而泳道3的人脐带间充质干细胞裂解物中的窖蛋白1能够与本发明的单克隆抗体caveolin1-4b7形成特异性的条带，表现出了较好的特异性。
[0032]
实施例4 红细祖细胞的分离及单抗caveolin1-4b7活性实验采集外周血20ml，加入100μl rosettesep
™ꢀ
human progenitor cell basic pre-enrichm祖细胞预富集混合物，温育10min，转移至含有30ml人淋巴细胞分离液的sepmate tm管中1200r/min离心12min。用stem span tm无血清培养基重悬细胞，上述细胞计数后按5
×
105个细胞/孔接种于6孔板中，置于37℃、5％co2培养箱中培养7d后，取少量细胞，采用瑞氏-吉姆萨染色液对分离培养7天后获得的红系祖细胞进行染色，并于显微镜下观察发现红系祖细胞呈圆形，大小基本抑制，并且呈现紫红色，表明分离得到了红细祖细胞。
[0033]
将培养的红细祖细胞接种到96孔板中，每孔中细胞的浓度调整浓度为1
×
105个。将单抗caveolin1-4b7按照200、100、50、10μg/ml以及空白对照组共培养24h后，离心，取等量细胞，用ripa裂解缓冲液提取细胞总蛋白，经bradford法定量后进行十二烷基硫酸钠-聚
丙烯酰胺凝胶电泳。将电泳分离的蛋白质电转染至聚偏氟乙烯膜上。用含5％脱脂奶粉的pbst溶液室温封闭1h。与相应第一抗体4℃孵育过夜，再与对应的辣根过氧化物酶标记的第二抗体于37℃摇床中孵育1h。经电化学发光试剂显色后，在暗室中进行x光胶片感光；室温显影，定影，用扫描仪和凝胶成像系统记录相应条带的透射光积分吸光度值，以空白对照组中窖蛋白1/β-肌动蛋白的透射光积分吸光度值设为1进行各组定量，结果如图3所示。
[0034]
从图3可以看出，单抗caveolin1-4b7能够有效的抑制细胞中的窖蛋白1的表达，并且具有剂量依赖性的抑制效果，在200μg/ml的浓度条件下，窖蛋白1相对表达量不到0.08，抑制效果较好。
[0035]
实施例5 红细祖细胞重编程为ips细胞及诱导分化为神经干细胞将实施例4制备分离培养的红细祖细胞调整细胞数为1
×
106个，100μl电转缓冲液中加入 2μl epi5
tm episomal ipsc 重编程试剂盒中的重编程因子，采用常规电转染细胞按2ml/孔接种于基质胶包被的6孔板中，置于培养箱中培养。并使用reprotesr
tm
重编程培养基隔天换液，转染后第20天，观察ipscs可见典型的克隆，采用试剂盒检测干细胞多能性基因发现oct4、sox2、nanog、klf4和lin28均阳性表达，表明制备获得了ips细胞。将ips克隆重新接种于基质胶包被的6孔板中，置于培养箱中培养，使用mtesr
tm
培养基继续培养，备用。
[0036]
单抗处理组：当前述ips细胞集落密度达到70-80%汇合时，使用胰蛋白酶和edta分离ips细胞。用dmem/f12培养基洗涤细胞一次后，将细胞更换到用80
µ
g/ml matregel和10mg/ml聚-l-鸟氨酸包被的培养皿中，细胞的密度为106个细胞/孔，培养基为dmem/f12中添加2% b27 supplement、1% n2 supplement，20 ng/ml bfgf，200μg/ml caveolin1-4b7单抗在37℃和5%co2条件下培养。培养基隔日更换，当达到85%汇合时，细胞以1:3传代。
[0037]
自然分化组：当前述ips细胞集落密度达到70-80%汇合时，使用胰蛋白酶和edta分离ips细胞。用dmem/f12培养基洗涤细胞一次后，培养基为dmem/f12中在37℃和5%co2条件下培养。培养基隔日更换，当达到85%汇合时，细胞以1:3传代。
[0038]
无单抗对照组：当前述ips细胞集落密度达到70-80%汇合时，使用胰蛋白酶和edta分离ips细胞。用dmem/f12培养基洗涤细胞一次后，将细胞更换到用80
µ
g/ml matregel和10mg/ml聚-l-鸟氨酸包被的培养皿中，细胞的密度为106个细胞/孔，培养基为dmem/f12中添加2% b27 supplement、1% n2 supplement，20 ng/ml bfgf在37℃和5%co2条件下培养。培养基隔日更换，当达到85%汇合时，细胞以1:3传代。
[0039]
诱导一周后，将二组培养的细胞进行神经干细胞标志物nestin染色， 随机选取10个200倍视野进行观察， 分别计算nestin阳性细胞总数占视野中细胞总数的比例， nestin阳性细胞率（%）＝阳性细胞数/总细胞数
×
100%。 以上实验每次设3个平行组， 作统计分析，结果如图4所示。
[0040]
从图4可以看出，自然分化组相比于无单抗对照组和单抗处理组，nestin阳性细胞率较低，差异及其显著（p《0.01）。另外，相对于没有采用单抗处理的诱导方式，添加了单抗处理后，由于窖蛋白1在干细胞向神经细胞分化中起负向调控作用，因此，能够显著的抑制窖蛋白1的表达，进而促进ips细胞向神经干细胞的分化， nestin阳性细胞率达到（96.31
±
4.83）%，显著的高于没有采用单抗的对照组。
[0041]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：
其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。