人脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞的制備及其質(zhì)量檢驗(yàn)方法

陳 沖，閆俊靈，李 梁，徐 瀟，丁 紅，湯蘇陽(yáng)

人脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞的制備及其質(zhì)量檢驗(yàn)方法

陳 沖，閆俊靈，李 梁，徐 瀟，丁 紅，湯蘇陽(yáng)

目的 研究人脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞(human adipose-derived stem cells, hADSCs)的制備及其質(zhì)量檢驗(yàn)方法，為臨床研究提供安全合格的干細(xì)胞。方法 取50例人吸脂術(shù)抽取的脂肪，剪碎，用胰酶和膠原酶消化、分離、培養(yǎng)，并按照《干細(xì)胞制劑質(zhì)量控制及臨床前研究指導(dǎo)原則》對(duì)其進(jìn)行細(xì)胞形態(tài)、數(shù)量、活率、無(wú)菌、支原體、人源特定病毒及豬源病毒、內(nèi)毒素、免疫抑制活性、分化能力、免疫表型等檢測(cè)及染色體核型。結(jié)果 50例hADSCs；細(xì)菌、內(nèi)毒素檢測(cè)陰性，無(wú)內(nèi)外源致病菌；干細(xì)胞免疫表型檢測(cè)CD90、CD105表達(dá)陽(yáng)性，陽(yáng)性率>95%，CD34 、CD45和HLA-DR表達(dá)陰性，陽(yáng)性率<2%；具有成骨、成脂分化潛能；能抑制異體淋巴細(xì)胞的增殖。間充質(zhì)干細(xì)胞活性凍存前≥92%，凍存復(fù)蘇后≥82%。結(jié)論 按照本工藝及標(biāo)準(zhǔn)制備的hADSCs符合質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，為同類干細(xì)胞制備及其檢定過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化提供了試驗(yàn)依據(jù)。

脂肪干細(xì)胞；間充質(zhì)干細(xì)胞；質(zhì)量控制；免疫表型；分化潛能；染色體核型分析

人脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞(human adipose-derived stem cells, hADSCs)，是從脂肪組織中分離獲得的一種具有自我更新及多向分化潛能的干細(xì)胞[1]，是極具前景的組織工程和基因治療的種子細(xì)胞。由于獲取人體干細(xì)胞的來(lái)源、制備條件、檢測(cè)手段的差異，臨床轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的治療效果參差不齊，甚至帶來(lái)不安全隱患，因此干細(xì)胞質(zhì)量規(guī)范管理尤為重要。筆者按照國(guó)家《干細(xì)胞制劑質(zhì)量控制及臨床前研究指導(dǎo)原則》，建立hADSCs制備流程及質(zhì)量安全檢驗(yàn)系統(tǒng)，為臨床應(yīng)用研究hADSCs提供了安全的保障，同時(shí)為同類干細(xì)胞制備及檢驗(yàn)提供標(biāo)準(zhǔn)化流程。我科自2011年9月開(kāi)展hADSCs提取、分離、培養(yǎng)、鑒定、保存，共計(jì)50例，并將其運(yùn)用慢性創(chuàng)面的治療、軟組織的修復(fù)重建、周圍神經(jīng)組織的功能恢復(fù)、黏膜組織的再生，取得較好的臨床效果[2]。

1 材料與方法

1.1 組織來(lái)源、主要試劑 脂肪組織來(lái)自要求進(jìn)行慢性創(chuàng)面的治療、軟組織的修復(fù)重建、周圍神經(jīng)組織、黏膜組織損傷的患者，共50例，年齡25～45歲，無(wú)系統(tǒng)性疾病、傳染病和性病。術(shù)前均簽訂知情同意書(shū)。20 ml注射器建立負(fù)壓，用2 mm(外徑)×60 mm的不銹鋼吸脂針抽取脂肪。吸取脂肪15 ml，經(jīng)過(guò)紗布過(guò)濾后，把已經(jīng)破壞的脂肪細(xì)胞、殘留較粗血絲和較大組織塊沖洗掉后，將過(guò)濾好的脂肪用無(wú)菌容器保存好以制備脂肪干細(xì)胞。α-MEM培養(yǎng)液, 間充質(zhì)干細(xì)胞原代培養(yǎng)液、Ⅰ型膠原酶、0.25%胰酶、胎牛血清、PBS緩沖液、內(nèi)毒素工作標(biāo)準(zhǔn)品等均購(gòu)自中國(guó)食品藥品檢定研究院；梅毒螺旋體抗體診斷試劑盒、丙型肝炎病毒抗體診斷試劑盒、乙型肝炎病毒抗體診斷試劑盒、人免疫缺陷病毒抗體診斷試劑盒均購(gòu)自英國(guó)新創(chuàng)科技有限公司。

1.2 儀器 Heal Force二氧化碳培養(yǎng)箱2個(gè)購(gòu)自上海力申科學(xué)儀器有限公司，倒置生物顯微鏡及鏡頭相機(jī)各1個(gè)均購(gòu)自重慶奧特光學(xué)儀器有限責(zé)任公司, thermo scientific 2個(gè)、全套量程移液器一套、海爾冰箱、SHA-C水浴振蕩器1個(gè)均購(gòu)自金壇市天竟實(shí)驗(yàn)儀器廠，Heal Force生物安全柜1個(gè)購(gòu)自上海力申科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 hADSCs制備 脂肪顆粒15 ml，離心1 000 r/min，5 min。取上層脂肪組織及下層細(xì)胞。向脂肪組織中加入終濃度0.1%的胰蛋白酶和膠原酶。放入37 ℃的水浴搖床中消化30 min。離心700 g/min，5 min。留取下層細(xì)胞，將兩細(xì)胞混勻，加PBS緩沖液重懸細(xì)胞，再次離心700 g/min，5 min。原代培養(yǎng)液重懸細(xì)胞后接種至培養(yǎng)瓶，37 ℃、5%的二氧化碳培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。記為P0代。觀察細(xì)胞生長(zhǎng)情況。首次第3天半量換液，以后每3 d換液一次，細(xì)胞達(dá)90%融合時(shí)傳代培養(yǎng)，用0.05%胰蛋白酶消化，按照1∶4的比例傳代。傳至第3代做鑒定及移植。

1.3.2 細(xì)胞形態(tài)及活性 通過(guò)光學(xué)倒置顯微鏡觀測(cè)細(xì)胞形態(tài)，通過(guò)胎盤藍(lán)染色確定細(xì)胞數(shù)及細(xì)胞活率。

1.3.3 細(xì)胞倍增時(shí)間測(cè)定 分別取第1、3、5代細(xì)胞，消化計(jì)數(shù)，接種于24孔板內(nèi)，每天細(xì)胞計(jì)數(shù)，繪制生長(zhǎng)曲線。

1.3.4 無(wú)菌試驗(yàn) 按《中華人民共和國(guó)藥典》2010年版三部附錄ⅫA無(wú)菌檢測(cè)法進(jìn)行；利用全自動(dòng)微生物培養(yǎng)檢測(cè)系統(tǒng)：取樣本分別加入至需氧培養(yǎng)瓶(BPA)和厭氧培養(yǎng)瓶(BPN)中。將BPA和BPN置入全自動(dòng)微生物培養(yǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，37 ℃培養(yǎng)7 d。

1.3.5 支原體檢測(cè) 按《中華人民共和國(guó)藥典》[3]2010年版三部附錄ⅫB支原體檢測(cè)法進(jìn)行。

1.3.6 人源特定病毒檢測(cè) 采用ELISA法和實(shí)時(shí)定量PCR法檢測(cè)HCV、HBV、HIV、EBV、CMV、HTLV等人源特定病毒的表達(dá)。

1.3.7 豬源病毒檢測(cè) 采用ELISA法檢測(cè)胰酶中豬細(xì)小病毒。

1.3.8 內(nèi)毒素檢測(cè) 按《中華人民共和國(guó)藥典》[3]2010年版三部附錄ⅫE 細(xì)菌內(nèi)毒素檢測(cè)法中的方法Ⅰ凝膠法進(jìn)行。

1.3.9 hADSCs免疫表型鑒定 通過(guò)流式細(xì)胞儀測(cè)定hADSCs表面標(biāo)記物CD13、CD29、CD31、CD34、CD45、CD44、CD73、CD90、CD105和HLA-DR的表達(dá)情況。

1.3.10 染色體核型分析 取傳代后3～4 d處于增值指數(shù)期的細(xì)胞(P3代)，更換新鮮培養(yǎng)液，加入20 μg/ml的秋水仙素125 μl，作用4 h，吸取含秋水仙素的培養(yǎng)液，加入胰酶消化細(xì)胞，細(xì)胞沉淀用低滲液處理5 min，然后加入固定液固定細(xì)胞。進(jìn)行G帶染色，顯微鏡觀測(cè)。

1.3.11 hADSC分化能力檢測(cè) (1)成骨誘導(dǎo)分化。配制成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)液(10 mmol/L β-甘油磷酸鈉、10 nmol/L地塞米松、50 mg/L維生素C、1, 25-維生素D3)；P3代細(xì)胞以2×103個(gè)/cm2的濃度接種于6孔板中，等細(xì)胞生長(zhǎng)至80%融合后，更換為成骨誘導(dǎo)培養(yǎng)液，于誘導(dǎo)2、3周后，進(jìn)行茜素紅染色，去培養(yǎng)液，PBS洗2次；70%乙醇固定，4 ℃，1 h；PBS洗2次，40 mmol/L茜素紅溶液室溫染色1～10 min。鏡下觀測(cè)，照像。(2)成脂誘導(dǎo)分化。除常規(guī)細(xì)胞培養(yǎng)的基礎(chǔ)培養(yǎng)液以外，加0.5 mmol/L異丁基-甲基黃嘌呤、60 μmol/l吲哚美辛、0.5 μmol/L氫化可的松和10 μg/L的胰島素，細(xì)胞在此種培養(yǎng)液誘導(dǎo)4周后檢測(cè)，去培養(yǎng)液，用PBS洗2次，甲醛-鈣室溫固定15 min；PBS洗2次，60%異丙醇染1 min；去異丙醇，油紅O工作液室溫染色30 min。60%異丙醇浸洗1次，PBS洗2次，鏡下觀測(cè)，照相。

1.3.12 異常免疫學(xué)反應(yīng) 在體外淋巴細(xì)胞及樹(shù)突狀細(xì)胞培養(yǎng)中加入異體hADSCs，作用6 d后，未見(jiàn)淋巴細(xì)胞和樹(shù)突狀出現(xiàn)明顯的增殖。對(duì)照組細(xì)胞生長(zhǎng)良好。

2 結(jié) 果

2.1 細(xì)胞形態(tài)及活性 原代培養(yǎng)48 h后80%細(xì)胞已貼壁，成梭形(圖1A)。未貼壁的圓形淋巴細(xì)胞，經(jīng)過(guò)換液、傳代，淋巴細(xì)胞基本消失，7 d后細(xì)胞基本融合成單層，呈長(zhǎng)梭形漩渦狀排列(圖1B)；細(xì)胞傳至第2代，未見(jiàn)形態(tài)上有任何差異(圖1C)。錐蟲(chóng)藍(lán)染色結(jié)果顯示細(xì)胞活率≥92%，凍存復(fù)蘇后≥82%。

圖1 原代人來(lái)源脂肪干細(xì)胞形態(tài)觀察(×40)

A. 接種后48 h倒置顯微鏡下，大部分細(xì)胞已經(jīng)貼壁，成梭形，同時(shí)混有少量未貼壁的圓形淋巴細(xì)胞; B. 接種7 d后倒置顯微鏡下，細(xì)胞基本融合成單層，呈長(zhǎng)梭形漩渦狀排列; C. 第三代形態(tài)上與接種48 h后相近，細(xì)胞呈現(xiàn)旋渦狀生長(zhǎng)

2.2 細(xì)胞生長(zhǎng)情況 CAD軟件顯示，細(xì)胞生長(zhǎng)曲線第1～2天細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，第3～5天處于快速增殖期，第7天以后細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，處于相對(duì)停止期，第1、3、5代細(xì)胞生長(zhǎng)曲線無(wú)明顯差異(圖2)。

圖2 人來(lái)源脂肪干細(xì)胞生長(zhǎng)曲線

2.3 無(wú)菌試驗(yàn) 取第3代自體脂肪干細(xì)胞，依據(jù)《中華人民共和國(guó)藥典》無(wú)菌試驗(yàn)檢測(cè)50例，均無(wú)細(xì)菌生長(zhǎng)，全自動(dòng)微生物培養(yǎng)檢測(cè)均為陰性。

2.4 支原體檢測(cè) 取第3代自體脂肪干細(xì)胞依據(jù)《中華人民共和國(guó)藥典》支原體檢測(cè)規(guī)程進(jìn)行，不同時(shí)間對(duì)同一標(biāo)本進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果均為陰性。50例結(jié)果同樣。

2.5 細(xì)胞內(nèi)外源致病因子的檢測(cè) 50例均取第3代自體脂肪干細(xì)胞結(jié)合ELISA 和實(shí)時(shí)定量PCR的方法，對(duì)人源特定病毒包括HIV、HBV、HCV、EBV、CMV、HTLV、TP進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果均為陰性，因細(xì)胞穿代過(guò)程中要使用胰酶，因此，利用ELISA的方法檢測(cè)豬源細(xì)小病毒，結(jié)果顯示病毒為陰性。

2.6 內(nèi)毒素檢測(cè)結(jié)果 50例取第3代自體脂肪干細(xì)胞通過(guò)凝膠法檢測(cè)細(xì)胞培養(yǎng)上清中內(nèi)毒素含量為(2.37±1.03)EU/ml。

2.7 hADSCs免疫表型檢測(cè) CD90、CD105表達(dá)呈陽(yáng)性，陽(yáng)性率>95%；CD34 、CD45和HLA-DR表達(dá)陰性，陽(yáng)性率<2%(圖3)。

2.8 hADSCs染色體核型分析 細(xì)胞染色體核型為46XY或46XX，正常率達(dá)到100%(圖4)。

2.9 hADSCs的分化能力 hADSCs 經(jīng)成骨誘導(dǎo)后，細(xì)胞由長(zhǎng)梭形逐漸變?yōu)槎噙呅?、不?guī)則形，1周后細(xì)胞開(kāi)始呈簇狀生長(zhǎng)，聚集成團(tuán)；2周時(shí)細(xì)胞團(tuán)逐漸增大，4周時(shí)可見(jiàn)明顯的鈣結(jié)節(jié)形成；行茜紅素染色，鏡下見(jiàn)紅色鈣結(jié)節(jié)(圖5A)。hADSCs經(jīng)成脂誘導(dǎo)后，細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，逐漸由長(zhǎng)梭形變?yōu)槎噙呅?、圓形、橢圓形，細(xì)胞體積減小。1周后細(xì)胞胞漿內(nèi)出現(xiàn)脂滴并逐漸聚集，2周時(shí)可見(jiàn)大量脂滴形成，隨著誘導(dǎo)時(shí)間的延長(zhǎng)，脂滴逐漸增多增大，4周時(shí)多數(shù)細(xì)胞被誘導(dǎo)成脂肪樣細(xì)胞，油紅O染色陽(yáng)性，可見(jiàn)明顯的脂肪形成(圖5B)。

2.10 異常免疫學(xué)反應(yīng) hADSCs對(duì)人淋巴細(xì)胞及樹(shù)突狀細(xì)胞的增殖具有抑制作用。

圖3 人脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞免疫表型

圖4 人脂肪來(lái)源間充質(zhì)干細(xì)胞染色體核型分析

細(xì)胞染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和數(shù)目均未見(jiàn)異常，呈二倍體結(jié)構(gòu)，顯示其核型是穩(wěn)定的

圖5 第2代人脂肪干細(xì)胞成骨和成脂誘導(dǎo)培養(yǎng)

3 討 論

hADSCs是來(lái)源于脂肪組織的一類具有增殖能力強(qiáng)和多項(xiàng)分化潛能的成體干細(xì)胞，在特定條件下可以向肌肉、軟骨、脂肪、表皮，造血、神經(jīng)等中胚層來(lái)源的組織細(xì)胞分化，具有取材容易、創(chuàng)傷小、細(xì)胞增殖快、不會(huì)引起倫理學(xué)爭(zhēng)議等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展多項(xiàng)hADSCs臨床應(yīng)用研究，主要包括骨關(guān)節(jié)疾病、創(chuàng)面修復(fù)、組織填充、心血管疾病等多個(gè)方面[ 4-7]。

目前，間充質(zhì)干細(xì)胞分離方法主要包括膠原酶消化法或組織塊貼壁分離等方法[8]。膠原酶消化法獲去脂肪干細(xì)胞，操作復(fù)雜，藥品用量不易控制，難于規(guī)范，直接影響細(xì)胞的產(chǎn)出及質(zhì)量安全。單純酶消化法雖然一次可獲得較大的細(xì)胞量，但組織需要經(jīng)過(guò)中性蛋白酶和胰酶、蛋白酶兩次消化處理，而后者對(duì)細(xì)胞的損傷作用已被證實(shí)。尤其對(duì)于貼壁依賴性細(xì)胞來(lái)說(shuō)，細(xì)胞膜表面分泌形成的黏蛋白膜，使細(xì)胞易于黏附支持物表面。細(xì)胞消化時(shí)，如果當(dāng)胰酶將細(xì)胞分泌的黏蛋白膜水解后未能及時(shí)終止其作用，胰酶有可能對(duì)細(xì)胞內(nèi)某些蛋白質(zhì)發(fā)動(dòng)進(jìn)攻，造成其解離，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡。組織塊貼壁分離法在實(shí)際操作中得到的仍是一種混合細(xì)胞，其中混雜有部分前體細(xì)胞，如何純化獲得單純脂肪干細(xì)胞，是該方法主要的問(wèn)題。本研究聯(lián)合酶消化法和組織塊法的優(yōu)點(diǎn)，采用低轉(zhuǎn)速離心細(xì)化脂肪組織，減少對(duì)脂肪細(xì)胞的破壞，減少膠原酶用量，酶消化時(shí)間短，減少了細(xì)胞損傷、污染的概率，提高細(xì)胞的活性，降低誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因素，細(xì)胞產(chǎn)率高，傳代后細(xì)胞形態(tài)及增殖活性最穩(wěn)定，操作更加簡(jiǎn)單，更節(jié)約了成本。

本研究根據(jù)國(guó)家2014年《干細(xì)胞制劑質(zhì)量控制及臨床前研究指導(dǎo)原則》對(duì)hADSCs進(jìn)行細(xì)胞形態(tài)、數(shù)量、活率的檢定。錐蟲(chóng)藍(lán)染色結(jié)果顯示細(xì)胞活率≥92%，凍存復(fù)蘇后≥82%。并按《中華人民共和國(guó)藥典》對(duì)hADSCs進(jìn)行無(wú)菌、支原體、人源特定病毒、豬源病毒、細(xì)菌內(nèi)毒素等一系列檢測(cè)；確保hADSCs無(wú)菌、無(wú)內(nèi)毒素、無(wú)內(nèi)外源致病因子；行茜紅素染色，鏡下見(jiàn)紅色鈣結(jié)節(jié)。油紅O染色陽(yáng)性，可見(jiàn)明顯的脂肪形成。結(jié)果顯示，hADSCs具有成骨和成脂等多向分化的潛能。

流式細(xì)胞學(xué)檢測(cè)證實(shí)，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)出的hADSCs具有與其他來(lái)源問(wèn)充質(zhì)干細(xì)胞相似的性質(zhì)，包括細(xì)胞形態(tài)、免疫表型、增殖活性[9]。流式細(xì)胞學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，與骨髓問(wèn)充質(zhì)干細(xì)胞相似，hADSCs免疫標(biāo)志物表達(dá)水平會(huì)隨著傳代發(fā)生變化，CD90、CD105表達(dá)呈陽(yáng)性，陽(yáng)性率>95%；CD34、CD45和HLA-DR表達(dá)陰性，陽(yáng)性率<2%。CD13、CD29、CD44、CD73、CD90、CD105等隨著傳代次數(shù)增多表達(dá)會(huì)明顯增強(qiáng)，而標(biāo)志物CD44一直持續(xù)高表達(dá)。證實(shí)本研究分離培養(yǎng)的hADSCs可能更均一，在本培養(yǎng)體系中性質(zhì)更穩(wěn)定。細(xì)胞表型的研究對(duì)于干細(xì)胞的檢定及干細(xì)胞誘導(dǎo)分化條件、過(guò)程、及結(jié)果的研究都具有指導(dǎo)作用[10]。

hADSCs與干細(xì)胞有相近的低免疫源性，同時(shí)具有一定的免疫調(diào)節(jié)能力，可以抑制淋巴細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞的增殖和降低其功能[11]。為了防止出現(xiàn)異常免疫反應(yīng)，本實(shí)驗(yàn)用對(duì)照比較測(cè)定了對(duì)淋巴細(xì)胞的抑制作用。

本研究按照國(guó)家《干細(xì)胞制劑質(zhì)量控制及臨床前研究指導(dǎo)原則》和《中華人民共和國(guó)藥典》分離培養(yǎng)檢定hADSCs，并結(jié)合hADSCs的特點(diǎn)，進(jìn)行制備和檢定，可以取得細(xì)胞數(shù)量可觀、增殖活性穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的、安全應(yīng)用臨床的間充質(zhì)干細(xì)胞。

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(2014-11-20收稿 2014-12-16修回)

(責(zé)任編輯 武建虎)

Human adipose derived mesenchymal stem cells and its quality test preparation

CHEN Chong, YAN Junling, LI Liang, XU Xiao, DING Hong, and TANG Suyang.

Department of Skin Regeneration Medicine, General Hospital of Chinese People’s Armed Police Forces, Beijing 100039, China

Objective To study the human adipose derived mesenchymal stem cellsinvitroamplification and quality inspection methods and provide safe and qualified stem cells for clinical research. Methods Fifty human source liposuctioned fat, sheared, underwent trypsin and collagenase digestion, separation, culture, and according to the “stem cell-based medicinal product quality control of pre clinical research guiding principle” to detect the cell morphology, quantity, live rate, sterilization, mycoplasma, human source specific virus and swine virus, endotoxin, immunosuppressive activity, differentiation ability, immunophenotype detection and chromosome karyotype. Results Human adipose derived mesenchymal stem cell activity before cryopreservation is ≥92%, after revival≥82%; bacteria and endotoxin test negative, no internal and external source pathogenic bacteria; stem cell immunophenotype detection of CD90, CD105 positive, the positive rate>95%, CD34, CD45 and HLA-DR negative expression, the positive rate<2%; with osteogenic and adipogenic differentiation proficiency ,it can inhibit the proliferation of allogeneic lymphocytes. Conclusions The preparation process and the standard of human adipose derived mesenchymal stem cell line according to the quality control standard of “stem cell-based medicinal product quality control of pre clinical research guiding principle”, it provides the experimental basis for the similar stem cell preparation and standardizing verification process.

adipose derived stem cells; mesenchymal stem cells; quality control; immunophenotype; differentiation; karyotype analysis

陳 沖，大專學(xué)歷，護(hù)士，E-mail: 53193228@qq.com

100039北京，武警總醫(yī)院皮膚再生醫(yī)學(xué)科

湯蘇陽(yáng)，E-mail: 2278645614@qq.com

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