[发明专利]用于体外扩增造血干细胞和祖细胞的方法

说明书

技术领域

本发明涉及造血细胞，并且更具体地涉及用于长期体外培养和体外扩增造血细胞的方法。本发明还提供了有用于培养细胞的组合物，例如用于培养造血细胞的培养基，特别是造血干细胞(HSC)和造血祖细胞(HPC)。

背景技术

循环的血细胞(例如红细胞、白细胞、血小板和淋巴细胞)是源自于造血祖细胞(HPC)和造血干细胞(HSC)的可识别的前体细胞的终末分化的产物。

血液病和免疫疾病及癌症的治疗中，造血细胞的移植能力在解决许多疾病的发病机制中提供了巨大的益处和进步。用于骨髓移植的HPC的扩增是人类长期骨髓培养物在用于疾病治疗中的潜在应用的一个此类实例。

目前利用人类自体和异体骨髓移植作为疾病(如白血病、淋巴瘤以及其他危及生命的疾病)的疗法。但是对于这些程序，必须移取大量的供体骨髓以确保有足够的细胞用于治疗程序的移植。通过扩增来增加造血细胞(例如HSC和HPC)的数量的能力可以减少对大量骨髓捐赠的需要，并且可以使得有可能获得小量骨髓捐赠后再在注射给接受者之前在体外扩大祖细胞的数量的能力。

已被证明，人类骨髓培养物呈现有限的造血潜能，其生产的造血祖细胞和成熟的血细胞的数目不断减少，并且在六至八周细胞生产停止。这在很大程度上归因于HPC对各种环境影响的依赖性，例如体内发现的必需生长因子(造血生长因子和细胞因子)。除了这些因子之外，与细胞表面分子和细胞外基质的相互作用对于造血祖细胞的存活和增殖可能是重要的。但是，尽管为使用外源性生长因子以推进体外扩增做出了许多努力，仅仅成功地实现了多能细胞的数量的有限增加。

脐带血提供了可以操纵和利用以有效的移植治疗儿童疾病的HSC和HPC的源。这些细胞已经显示出了许多优于后来在生活中采集的祖细胞的优点，包括移植物抗宿主病(GvHD)的发病率较低以及供体和受体之间的免疫不相容的更大的宽容度。

与骨髓和动员的外周血相比，使用脐带血作为HSC源还提供了相当大的优势，由于这些细胞的相对免疫学和复制型不成熟，由此导致更低的GvHD发病率、更大的人类白细胞抗原不匹配的容许度以及在移值后增加的增殖潜能。但是存在缺陷，因为使用脐带血进行移植部分地受限于每单位获得的细胞数量低以及中性粒细胞和血小板的延迟重建。另外，各个脐带血样本中低数量的HSC和HPC通常限制了脐带血移植在完全长大成年的接受者中的唯一用处。

目前存在两种主要选择以增加可以用于移植的HSC和HPC的细胞剂量：多个脐带血输血或者体外扩增。在成人移值中已经成功的使用了双脐带血，由此减少了旧病复发并增加了改善生存的潜力。但是，利用了多种脐带血双移植要求更高的人类白细胞抗原(HLA)匹配的严格性，并且其还与GvHD的发病率增加相关联。另外由于多个脐带血移植不影响细胞组成，此选项提供减轻重建延迟的能力有限。由于这些因素，为产生充足的用于长期植入的HSC和/或HPC并且为了增加能够产生短期重建的造血细胞和多能细胞的数量，对体外扩增的兴趣有所增加。所扩增的细胞可单独移植、或与来自相同或不同的单位的未操纵细胞一起移植，以增加长期植入并同时尽量减少重建延迟。

临床试验表明体外扩增是增加细胞剂量的安全且可行的方法，尽管其最初被看到只产生温和的扩增且伴有高程度的细胞分化。最近，已经证明显著扩增能够复育的HSC和HPC是可能的，但对于最佳扩增条件并没有明确的共识。因此，用于扩增造血祖细胞的方法可以提高脐带血移植的有效性并且还可以使得造血细胞源(如脐带血)成为用于在成人中移植的HPC的可行来源。

更加容易地扩增HSC和HPC的群体的能力还可以在形成化疗的补充治疗中提供益处，或者在治疗涉及造血细胞的改变的其它病状中提供援助，并且还可以为人类长期骨髓培养物提供了进一步的应用。可以提供HSC和HPC扩增的成功的方法可以极大地促进生产大量的特定谱系的进一步分化的前体细胞，并且反过来提供大量具有各种应用(包括输血)的分化的造血细胞。这将极大地改善治疗特性并且提高治疗(如化疗)的效果。

因此，需要提供用于改进造血细胞(如HSC和HPC)的培养和维护的体系、增强的条件、组合物和方法，从而增加可用于移植的细胞剂量并且在体外长期培养下有利地影响造血细胞的成活力和多能性。还需要此类改进以提供改进的体外扩增，从而导向产生出充足的用于长期植入的造血细胞，并由此增加能够产生短期重建的HPC和其它多能细胞的数量，并且在体外长期培养下有利地影响造血祖细胞的成活力和多能性。