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干细胞与肝组织工程

最新修订时间:

材料与仪器

步骤

 

骨 髓 造 血 干 细 胞

1)CD34+骨髓造血细胞的分离、培养与鉴定 ⑴免疫磁珠阳性分离方法(magnetic cell sorting, MACS)略。 (2) 荧光激活细胞筛选(FACS)略。 (3) CD34+骨髓造血细胞的鉴定略。 .3 0 2 . 2) C D 3 4 骨隨造血细胞向肝脏细胞的诱导分化(Suzuki etal.2002) ⑴ 培 养 基 的 配 制 : 500ml肝脏细胞培养基(Williamsmedi明iE ), 加 入 50mg/LL-谷 氨酰胺, 100IU/L青/链 霉 素 , 20mmol/LHEPES, 20mmol/L丙酮酸 钠 , 20mnol/L地塞米 松 , lOng/ml表皮生长因子(EGF), 5ng/ml肝脏细胞生长因子(HGF), 20mU/ml胰 岛 素 , 10%胎牛血清, 1 0 % 马血清。 (2) C D 34+骨髓造血细胞,以 2xl06个/m l 的浓度加入到预先铺有I 型胶原的9 6 孔板 中。加入培养基。 (3) 隔日换液。

骨 髓 间 充 质 干 细 胞

以笔者实验室进行的间充质干细胞研究为例简述如下。 1) 骨髓间充质干细胞的分离、培养与鉴定 (1) 无菌条件下采集非血液系统疾病的胸外科手术患者的肋骨或动物的四肢骨,钳 夹挤压将骨髓挤出,加适量D M E M 培养液稀释2 0 0 目筛网过滤,离心去脂肪层,加 D M E M 培养液制成细胞悬液,用 密 度 1.073g/m l 的 Percoll分离液分离(lOOOg,20min),取界面层, 用 P B S 离心洗漆(2(%, 5min),以 2.0xl05个/c m 2 的密度接种于完全培养液( D M E M +10% 胎牛血清)中,置 于 3 7 ^ 、 5 % C O 2饱和湿度的孵箱内培养72h 更换培养液,弃掉未贴壁 细胞,以后每2〜 3 天换液一次。细胞长到8 0 % 融合时用0.25%的胰酶消化传代,以 8.0X 103 个/c m 2 的密度接种于传代培养瓶中进行扩增培养。 ⑵ 用 异 硫 氢 酸 荧 光 素 (FITC烕 藻 红 素 (PE )标记的表面分子C D 34、 C D 133、 C D 31、 C D l l a 、 C D 44、 C D 71、 C D 29-P E 、 C D 45、 C D 9 0 抗体对原代M S C 进行流式细胞术鉴定。 扩增后的人 M S C 表型为 C D 45' C D 31— 、 CDlla' C D 34— 、 C D 133' C D 711o w 、 C D 29+、 C D 44+、 C D 90+。大 鼠 M S C 强 表 达 C D 9 0 , 不 表 达 C D 4 5 和 C D 31, C D 4 4 弱表达。步骤 如下••取扩增后的M S C ,去掉培养液,用 I : 1 的 0.1%的胰蛋白酶和〇.〇 1% E D T A 混合 液消化,用 含 2 % B S A 的 P B S 洗涤后制成900^1含 有 1.5xl06个 M S C 的单细胞悬液,分 别 加 人 Eppendorf管中,设定一管为标准对照,加 人 5 0 IgGl-P E M T C 单克隆抗体;其 余各管中加入F I T C 和 P E 标记的单克隆抗体。室温孵育20min,流式细胞仪检测。 2) 骨髓间充质干细胞的诱导分化 ⑴ 条 件 培 养 液 为 含 2 % 胎牛血清的低糖D M E M 中加入10ng/ml H G F 、2ng/ml b F G F 、 1ITS、尼克酰胺0.61g/L 、地塞米松0.1叫iol/L 、牛血清白蛋白(B S A )2g/L 、鸟氨酸0.1g/L 、 脯 氨 酸 〇.〇3g/L 、谷氨酰胺〇.73g/L 、葡 萄 糖 lg/L 、半 乳 糖 2g/L 及适量微量元素(氯化锌、 硫酸锌和氯化锰)等。 (2) 每 孔 加 2 0 0 0 条件培养液。以条件培养液重悬P2-P6 代 M S C ,按 2xl04个/c m 2 接种于预先铺好Matrigdd : 3 比例稀释)的9 6 孔板内;每 3 天换液一次。

人 胎 肝 干 细 胞

1 ) 人胎肝干细胞的分离、培养和鉴定 (图 9.4)(Tatenoc et al. 2002)

⑴ 水 囊 引 产 中 期 (6 月龄) 妊娠胎儿 (孕妇身体健康,肝功能正常,胎儿处置获得其父母的知情同意)

图 9 . 4 肝 实 质 细 胞 、 小 肝 脏 细 胞 及 非 实 质 制 备 模 式 S H : 小 肝 脏 细 胞 ; N P C : 非 实 质 细 胞 ; SHEF:富 含 小 肝 脏 细 胞 的 N P C 部 分 ; FACS:荧 光 激 活 细 胞 分 类 法 ⑵ 自 门 静 脉 插 管 ,夹闭肝静脉,0.02% E D T A 灌 注 15m l ,5min,无钙平衡液(D -Hank) 灌注 10m l , 5min,胶 原 酶 溶 液 (collagenase solution, 含 NaCl 8.0g/L 、 N a H C O 30.135g/L 、 KCl 0.14g/L , N a H 2P O 4 • 2H 20 0.078g/L , N a 2H P O 4 - 12H 20 〇.151g/L , H E P E S 2.38g/L , CaCl2 • H 2O 0.74g/L , I V 型 胶 原 酶 l.〇g/L )持 续 灌 注 5min,剪开肝静脉/下腔静脉,门静 脉-肝脏-腔静脉循环15min。取下肝脏,剪 碎 ,以 I V 型胶原酶浸泡2~3h ,每 10~15min, 振摇一次,促进消化。消化后的肝脏细胞经2 0 0 目网滤过,去除未消化组织,利 用 Percoll 储存液配制密度分别为l.ll〇g/m l 、 l_070g/ml、 1.035g/m l 的 Percoll使用液,逐层加入内 有肝脏脏细胞沉淀的离心管中, 4 ¾ 条 件 下 3000r/m i n 离 心 30min; 取底层界面细胞,台 盼蓝染色测定细胞活力。细 胞 于 含 10%胎 牛 血 清 的 D M E M 培养基,在 3 7 ^ 、 5 % C O 2 培养箱中培养。细胞传代培养细胞长满一瓶后,用 0.05%胰酶/E D T A 消化,计数后以 2xl06个/m l 的密度接种至新的培养瓶/皿中继续培养。 ⑶ 原 代 及 传 代 培 养 时 ,应 用 A F P 、 C K 18、 C K 19、 Albumin、 C D 34、 L C A 等抗体 及 D A K O 公 司 L S A B 试剂盒,用 L S A B 酸霉亲和生物素、标记)-免疫组织化学(IHC)法 进行检测(Adams 1992)。 a•取人胎肝干细胞进行细胞爬片,细胞爬片用P B S 洗 涤 3 次 ,每 次 5min。 b. 4 % 的多聚甲醛室温固定15min, P B S 洗 涤 3 次 ,每 次 5min。 c. 用 0.1% Triton(以增加细胞膜的通透性)和3 % 过氧化氢(以消除内源性过氧化物
酶的活性)孵育IOmin。 d. 正常山羊血清室温下封闭IOmin后 ,滴 加 1 :5 0 稀 释 的 A F P 、 C K 18、 C K 19、 Albumin、 C D 34、 L C A 等抗体作为一抗, 4 1 孵育过夜。 e. 滴加生物素化羊抗鼠二抗, 3 7 1 反 应 45min。 f. 再 滴 加 S P 复合物, 37T 孵 育 30min。 g. D A B 显 色 5~8min; 苏木素复染、脱水、透明、封片。 h. 每 次 染 色 均 以 P B S 代替一抗作阴性对照,肝脏细胞作为阳性对照,细胞质呈 橙黄色视为阳性。细胞微量表达Albumin、 C K 18、 A F P ,不 表 达 C K 19、 C D 34、 L C A 等分子。 2) 人胎肝干细胞的诱导分化 挑 选 A F P 、 C K 18、 C K 19、 Vimentin均表达阳性的细胞克隆,将细胞消化后复悬于 含 10%胎牛血清的D M E M 培养基中,内 含 10ng/m l 的 E G F , lpmol/L 地塞米松, l^g/ml 胰岛素, lOng/m l H G F ,接种于培养瓶中,在 37弋 、 5 % C 0 2培养箱中培养。每 3 天半量 换液。

诱 导 分 化 的 肝 脏 细 胞 的 鉴 定

1 ) 免疫荧光法染色检测

取不同代数 M S C 诱 导 后 2 0 天的细胞爬片,进 行 C K 18、 A F P 、白蛋白等肝脏细胞标志物/特异蛋白的免疫组化鉴定,第 二 抗 为 F I T C 或 T R I C E 标 记 的 IgG, 阴性对照用O. OlmmolTL 的 P B S 代替一抗,实验对照用未诱导的 M S C 细胞爬片直接进行免疫组织化
学染色。参照中山生物技术公司提供的免疫组化染色方法,操作步骤如下。

⑴ 细 胞 爬 片 用 P B S 洗 涤 3 次 ,每 次 5 min。

⑵ 4 % 的多聚甲醛室温固定 I5 min, P B S 洗 涤 3 次 ,每 次 5 min。

(3) 用 0.1% Triton 似增加细胞膜的通透性) 和 3 % 过氧化氢 (以消除内源性过氧化物酶的活性) 孵育 lOmin。

⑷ 蒸 馏 水 冲 洗 , P B S 浸 泡 5 min。

(5) 加 2 〇% 马血清 (1 :20) 以封闭非特异性结合位点, 37T 孵 育 15 min。

(6) 巧去血清 (不洗涤),分另 Ij 加 TnI 和 desmin 抗体工作液 5 〇叱置于湿盒中于 37 ℃孵 育 30ml放 代 过 夜 ;阴性对照用〇.01m m o y L 的 P B S 代替一抗,实验对照用未诱导的 M S C 细胞爬片直接进行免疫组织化学染色。

(7) PBS 冲洗, 5 minx3 次

(8) 滴加荧光标记的二抗 (兔抗山羊 IgG-F I T C 和抗小鼠 IgG-TRITC) 工作 液 37℃孵育30 min

(9) P B S 冲 洗 3 次 ,直接在荧光显微镜下观察实验结果并拍照。

2 ) 电镜观察

⑴ 细 胞 用 培 养 基 洗 涤 3 次后,用细胞刮刮去细胞,抽吸细胞悬液,置入玻璃离心管 , 800r/min 离心 8 min。

⑵ 前 固 定 : 3 % 戊二醛 (l/15mol/L P B S p H 7.4),代 下 固 定 2 h 。

⑶ 漂 洗 :代 条 件 下 , l/15mol/L P B S +0.19mol/L 蔗糖缓冲液反复漂洗。
⑷ 后 固 定 :代 条 件 下 , 1%锇酸(〇.24mol/LPBSpH7.4)。 ( 5 ) 漂 洗 :代 条 件 下 , 1/I5mol/LPBS+O.19mol/L蔗 糖 缓 冲 液 漂 洗 15min。 ( 6 ) 脱 水 : a. 50% 乙醇 5〜 IOmin; b. 70% 乙醇 5~ IOmin; c. 90% 乙醇 5〜 IOmin; d. 90%乙醇+90% 丙酮(I : 1) 5〜 IOmin; e. 90% 丙酮 5〜 IOmin; f. 100% 乙醇 10~15min; • g . 以上步骤均在4 1 下进行; h. 100% 丙酮 l〇 ~15min(室温)。 (7)浸 透 : 1 0 0 % 丙 酮 :包埋剂(I : 1)室温浸泡30min,纯包埋剂浸透过夜。 (8) 包 埋 :聚合时间为 35X :、 12h , 45丈、 12h , 6 0 ^ 、 24h 。 ( 9 ) 切 片 :切 片 机 U L T R A C U T E / S 型 ,超薄切片厚度为60~70nm。 (1 0 ) 染 色 :醋酸铀染液避光染色lOmin, 柠檬酸铅染色lOmin。 (11) 电镜观察。 3 ) 肝脏细胞特异因子/蛋白基因的检测 包括:肝脏细胞核生长因子-la (H N F -la)、肝脏细胞核生长因子-3P(H N F -3〇〇、C K 18、 C K 19、清蛋白、 A F P 、转甲状腺素醛(T T R )与细胞色素P450-2bl(CYP2bl)基因的检测。 (1)细胞 总 R N A 的提取步骤: a•用吸管将培养瓶内(IxlO6分化的细胞)的诱导培养基吸出弃掉,用 P B S 洗 涤 2 次后,加 入 T R I Z O L (培养瓶底面积每20c m 2加 Iml TRIZOL)充分匀浆。 b. 将细胞勻浆全部移入到1.5ml Eppendorf管 中 ,室温放置5min。 c. 加 入 0.2m l 氯仿,剧 烈 振 动 15s,并置室温孵育3min。 d. 4 1 、 12 OOOr/min 离心 lOmin。 e. 仔细将上层水相转移至1.5m l 的 E p 管中。 f. 加 入 0.5m l 异丙醇,轻轻颠倒混匀,冰 上 放 置 lOrnin。 g. 4 ^ 、 12 000r/m i n 离 心 15min,见有白色絮状沉淀沉积在管 壁 。 h. 弃上清,加 入 7 5 % 乙 醇 lml,混勻,充分振荡洗涤,沉淀后 4丈 、 12 000r/min 离 心 5min0 i . 小心弃掉上清,室 温 放 置 15min干燥沉淀,加 入 30(il无 RNase的水溶解RNA 沉 淀 ,定量后放-20T 保存备用。 整个操作过程使用的器械及液体均经0.1% D E P C 水处理,戴消毒手套操作。 ⑵ 细 胞 .总 R N A 的鉴定: a . 浓度分析和纯度鉴定:从所提取的R N A 中 吸 取 1 0 ,稀 释 至 1 0 0 0 后 ,利用光 谱仪分别测定其在260n m 和 280n m 波长处的吸光度(O D 26g 和 O D 28q) , 通过下 述公式计算R N A 的浓度: • 306 • RNA(ng/^l)=OD26〇x40x 100/1000
同时,计 算 < ^ 26〇和O D 28O 的 比 傲 OZ)26〇/ OZ)28〇),当两者比值大于1.8时 ,说明提取 的 R N A 较 纯 ,无蛋白质和D N A 的残余。 b•完整性鉴定:利用甲醛变性琼脂糖凝胶电泳进行鉴定,具体方法如下:配 制 1% 琼脂糖变性胶(IOx M O P S 缓 冲 液 1 0 m l / 0 _ l % D E P C 水 90ml/琼 脂 糖 l.〇g ), 加热 至胶完全溶化后,在室温放置冷却至6 0 ¾ , 依 次 加 入 6 4 E B ( 1 0 m g / m l ) , 5.4ml 3 7 % 的甲醒,混匀后倒人制胶器制胶。取 R N A 样 5 0 , 力口入5 x M O P S 缓冲液 2|ul, 3 7 % 的甲醛 3 . 5 0 和 甲 酰 胺 10|^1, 6 5 ¾ 放 置 1 5 m i n , 冰浴冷却,短暂离心 后 加 入 2 0 甲醛凝胶加样缓冲液,加 样 后 以 I x M O P S 缓冲液电泳,紫外灯下观 察相 应 R N A 的完整性。 (3) R T - P C R : a. 将所获得的总R N A 稀 释 为 1呢尔1,取 4 个 1.5m l 的灭菌Eppendorf管 ,分别加 入以下成分: R N A ( l f 〇.g/|Lil) 5.0|j.l Oligo(dT) 12 ~ 18(500j^g/ml) 1举 无菌水 12.00 b . 将内容物混匀, 7 0 ^ 孵 育 I O m i n 后迅速于冰上冷却。 c•短暂离心后分别向4 个管内加入: 5 x 第一链缓冲液 4.0叫 D T T ( 0 . 1 m o l / L ) 2 鄭 1 d N T P 混合物(每种 1 0 m m o l / L ) 1.0^1 d. 轻微振荡混匀后,置 于 42丈 孵 育 2min。 e. 加入 I|il(200U ) SUPERSCRIPT II,混 勻 , 4 2 ¾ 孵育 50min。 f. 7 0 ¾ 孵 育 1 5 m i n 终止反应,合 成 的 c D N A 用 作 P C R 模板。 ⑷ 分 别 根 据 H N F - l a 、 H N F -3ot、 C K 1 8 、 C K 1 9 、 清蛋白、 A F P 、 T T R 、 C Y P 2M 基 因全长设计P C R 引物如表 9 . 1所 示 : 表 9 . 1 基 因 长 度 与 引 物 序 列 (Caiet al.2004) 基因 引物 片段 /bp H N F-Ia S:5, -AGCTGCTCCTCCATCATCAGA-3, A:5,-TGTTCCAAGCATTAAGTTTTCTATTCTAA-3, 138 HNF-3a S:5,-CCTACTCGTACATCTCGCTCATCA-3/ A:5,-CGCTCAGCGTCAGCATCTT-3, 68 CK18 S:5, -GCCCTGGACTCCAGCAACT-3, A:5/-ACTTTGCCATCCACGACCTT-3, 70 CK19 S:5r-ACCATGCAGAACCTGAACGAT-3f A:5,-CACCTCCAGCTCGCCATTAG-3, 83 清蛋白 S:5,-CTGGGAGTGTGCAGATATCAGAGT-3, 141 .3 0 7
⑶ PCR扩增(20|i l 体系): IOxPCR buffer(含 MgCl2) 2.0fil dNTP(2.5mmol/L) 2.0jj,l 引物 l (l 〇Hmol/L) I.Ofal 引物 2(10|imol/L) 1鄭1 TaqD N A 聚合物 0.5(il cDNA(模板) 1.0(^1 灭菌水 12.50 总体积 20.0^1 PCR反应条件为: 94T :变 性 5min后开始扩增循环,循环参数为9 4 1 、 30s , 5 5 1 、 35s , 35 个循环, 7 2 1 、 7min 后 4T :保存。 用 G A P D H 作标准对照。 G A P D H 引物如下: 上游引物: 5,-ACC A C A G T C C A T G C C A T C A C -3,; 下游引物: 3' T C C A C C A C C C T G T T G C T G T A -5、 (6)琼脂糖凝胶电泳:分 别 取 P C R 扩增产物印1在 1 % 的琼脂糖凝胶上进行电泳,电 泳 缓 冲 液 为 l x T A E 。 4 ) 分化细胞的功能检测 (I)P A S 染色检测糖原。细 胞 以 9 5 % 乙醇固定IOmin, 蒸馏水冲洗干净, 1 % 过碘酸 水 溶 液 反 应 IOmin, 蒸馏水冲洗,晾干,加 Schiff试 剂 30min, 亚硫酸水洗3 遍 ,自来 水冲洗,晾干,加 2 % 甲 基 绿 复 染 15min,自来水充分冲洗、常规脱水、透明、中性树 胶封片。糖原在胞质内为红色阳性物,呈弥散状、颗粒状或块状。 ⑵ 尿 素 检 测 。在培养液中加入 1 0 m m o l / L 的 N H 4C l 培 养 24h ,用尿素试剂盒测定产 生的尿素的浓度。 (3)利 用 E C O D 活性检测细胞色素P-450酶的活性(Pohlet al. 1980)。反应体系中含 100m m 〇]7L 6-磷酸葡萄糖 lOOjil, 6-磷酸葡萄糖脱氢酶 2U , 100mmol/L M g S 0 4 100(11, 4〇 mg/ml 牛血清清蛋白 100叫,〇.〇4mmol/L E R F lOOjil,SlO 0.5m L ,O.lmol/L p H 7 . 8 H e p e s 液0.251111,0.4111111〇 1/1^入〇 1^10(^1。反应体系总体积为1.251111。反应物于37^孵育30111111 后 ,加 2.5m l 甲醇终止反应。经 3000r/m i n 离 心 IOmin去除沉淀蛋白质,上清液用突光
分光光度计于发射波长585n m 、激 发 波 长 550n m 测 定 EROD反应终产物乙氧基-9-羟基 异吩噃唑酮的荧光强度。 (4) 蛋白质合成功能检测(1'〇叩技&1.1992)。将1^11/1111[3印-亮氨酸加入培养基中,置 于 37T 、 5 % C O 2培 养 24h 。肝脏细胞用H a n k 缓冲液离心洗涤2 次 ,然后在细胞滤纸上 用 体 积 分 数 为 1 0 % 的三氯醋酸裂解和无水乙醇固定,用液体闪烁仪计数[3H ]-亮氨酸的 旦 里 。 (5) 葡萄糖合成功能。将培养基换成含160g/L (m/V)果 糖 的 Hank-HEPES液 ,分别于 lh 、 4h、 8h 取上清在全自动生化仪(MEGA Toshiba)上测定葡萄糖的浓度。 (6) 安定转化功能(Baccarani et al.2000)。 在培养基中加入20mg/L (m/V)安定标准品 培 养 24h(Burchell et al.1988), 用荧光偏振免疫分析仪(Abbott TDX)测定上清中安定的浓 度 。 (7) 葡萄糖_6_磷酸酶(G -6-Pase)活性。收集肝脏细胞、粉 碎 ,以葡萄糖-6-磷酸为底物, 反应的终产物磷酸的量表示该酶的活性。 (8)靛青绿(ICG)摄取实验(Yamada et al. 2〇〇2)。向培养体系中加入ICG 37T 孵育 15m i n 后 ,只有肝脏细胞能被染成深绿色;换回完全培养基常规培养4h 之内,着色细胞 的颜色完全褪去。
 

来源:丁香实验

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