[发明专利]用于产生诱导多能干细胞或分化细胞的自动化系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于从分化成年细胞产生诱导多能干细胞(iPSC)的自动化系统，更具体地涉及用于从组织样本分离体细胞、通过重编程此类细胞而从成年分化细胞产生iPSC系、从其他细胞中鉴定出多能重编程成年细胞，以及扩充所鉴定的重编程细胞的自动化系统。

发明背景

干细胞是通过细胞分裂长时间自我更新的非特化细胞并且可被诱导分化成具有特化功能的细胞，即，分化细胞。这些特质使得干细胞有望在治疗应用中使用，用来替换各种医学病状中的受损伤的细胞和组织。胚胎干(ES)细胞来源于早期胚胎的胚泡并且具有发育成内胚层、外胚层和中胚层(三个生殖层)的潜能(即，它们是“多能的”)。在体外，ES细胞趋向于自发地分化成各种类型的组织，并且控制它们的分化方向可能具有挑战性。但是也有一些与为收获人ES细胞而破坏胚胎相关的未解决的伦理问题。这些问题限制了它们在研究和治疗应用中的可用性。

成年干(AS)细胞是在分化组织中发现的。从成年组织获得的干细胞通常具有形成更有限的细胞谱的潜能(即，“专能(multipotent)”)，并且通常仅分化成它们在其中被发现的组织的细胞类型，但是最近的报告已表明在某些类型的AS细胞中具有可塑性。它们一般还具有有限的分化潜能。

诱导多能干细胞(iPSC或iPSC)是通过实验室方法从分化成年细胞产生的。iPSC被广泛地认为是例如用于进行医学研究的重要工具。迄今为止，用于产生iPSC的技术一直耗时耗力。将分化成年细胞例如成纤维细胞重编程，对其进行培养，并让其形成代表独特克隆的各个集落。先前，鉴定这些类型的细胞很困难，因为这些细胞中的大多数不是完全重编程的iPSC克隆。对于待选择的iPSC克隆的标准基于细胞的形态，其中具有清楚划定的边界的理想集落含有具有高核质比的细胞。当鉴定出克隆时，通过微薄玻璃工具手动挑选它们并在细胞，通常，鼠胚胎成纤维细胞(MEF)的饲养层上进行培养。这一步骤通常在感染后14–21天利用重编程载体进行。然后，再将该克隆扩充14–21天，之后才进行分子表征。

其他则集中于开发快速、更准确地鉴定和表征完全重编程的成年成纤维细胞及它们的下游分化潜能的技术(Bock等人，2011,Cell 144:439-452；Boulting等人，2011,Nat Biotechnol 29:279-286)。还参见，例如，2011年6月13日提交的共同拥有的美国第13/159,030号，其描述了荧光激活细胞分选术(FACS)在鉴定和实时分选如由表面蛋白的独特表达形式界定的细胞的独特亚群中的用途。

因而，干细胞是用于治疗应用、医学研究、药物测试等的有吸引力的细胞来源。然而，本领域仍然长期需要在标准条件下快速产生并分离可再现的iPSC细胞系的自动化系统，以便满足这些和其他需求。

发明概要

本发明提供了用于使用来自成年组织的体细胞并且从这些体细胞，例如，成年成纤维细胞产生诱导多能干细胞(iPSC)的系统。在一方面，系统还利用先前分离的体细胞作为起始点。

本发明提供了用于产生和分离iPSC的自动化系统，其包括：

将体细胞铺在平板上的体细胞铺板单元；以及

通过使体细胞铺板单元上的体细胞与重编程因子接触从而产生iPSC来对体细胞进行自动化重编程的诱导单元。

在一个实施方案中，系统进一步包括选择性地分选和分离由诱导单元产生的iPSC的分选单元，其例如通过鉴定包括例如细胞上的表面标记在内的iPSC特异性标记来进行所述分选和分离。在一个说明性实例中，体细胞为成纤维细胞。

进一步地，在一方面，本发明提供了用于从干细胞，例如，iPSC、胚胎干(ES)细胞或间充质干(MS)细胞产生分化的成年细胞并进行分离的自动化系统，其包括：

将干细胞铺在平板上的干细胞铺板单元；以及

通过使干细胞铺板单元上的细胞与重编程因子接触从而产生分化的成年细胞来对干细胞进行自动化重编程的诱导单元。在一个实施方案中，系统进一步包括选择性地分选和分离由诱导单元产生的分化的成年细胞的分选单元。

在一方面，本发明提供了用于从诱导多能干细胞(iPSC)产生分化的成年细胞并进行分离的自动化系统，其包括：

将iPSC铺在平板上的iPSC铺板单元；以及

通过使iPSC铺板单元上的iPSC与重编程因子接触从而产生分化的成年细胞来对iPSC进行自动化重编程的诱导单元。在进一步的方面，系统包括通过鉴定对分化的成年细胞有特异性的标记来选择性地分选和分离由诱导单元产生的分化的成年细胞的分选单元。