[发明专利]用于体外干细胞增殖和组织再生的生长基质

说明书

相关申请的交叉引用

本申请依照35U.S.C.119(e)要求提交于2013年1月28日的美国临时申请第61/757,378号的权益，其内容以其整体并入本文。

政府支持声明

本发明在新泽西州脑损伤研究委员会授予的合同09-3207-BIR-E-2和CBIR12FEL025的政府支持下完成。

技术领域

一般地，本发明涉及组织工程领域。特别地，本发明涉及重组蛋白-成纤维细胞生长因子-2(FGF-2)的稳定化，以促进其在干细胞中的生物学活性，以及用于培养干细胞的方法。

背景技术

干细胞疗法是组织工程和再生的有前景的领域，但是其在修复中枢神经系统(CNS)尤其是严重损伤后的大脑中仅表现出了有限的成功。CNS损伤常引起广泛的特征在于神经元和神经胶质细胞死亡的组织损伤，其中，存在实质上无功能的内源性神经干细胞(NSC)的细胞替换。在中风动物模型中，据报道，少于1％的损毁神经元被室下区(SVZ)的内源性神经前体所代替。在创伤性脑损伤(TBI)的动物模型中也获得了类似的结果。Salman等人(JNeurotrauma21:283–292,2004)观察到SVZ中的神经前体(NP)重新填充到机械性损伤的皮层中。损伤区域附近的SVZ细胞产生了非常小比例的新神经元(未定量)，而大部分的移植细胞成为星形胶质细胞。直接移植NP到脑部病变的半影(penumbra)中产生很小的进展(Sanberg等人,BrMedBull101:163-181,2012)。大多数移植的细胞不能存活(Shindo等人,JMedInvest53:42–51,2006)或分化成神经胶质细胞而不是神经元(Shear等人,BrainRes1026:11–22,2004)。例如，Shear等人(2004)发现通过移植NP产生了NG2阳性神经胶质细胞，并且Sun等人(ExpNeurol216:56–65,2011)观察到他们移植的大部分前体成为了Olig2阳性细胞(可能的神经胶质细胞)。Ma等人(MolMedRep4:849–856,2011)报道了仅有4％的他们所移植的NP是NSC，从而仅有11％分化成表达神经元标记物的细胞。直接移植附着到支持基质上的干细胞到病变部位可能更有效地促进再生。Tate等人(JTissueEngRegenMed3:208–217,2009)示出了在TBI后移植到支持性纤连蛋白和层粘连蛋白基质中的NP的长期生存的改善。接受这些移植的动物相比于未接受NP的受伤小鼠，在空间学习任务中显示出改善的能力(Tate等人，2009)。

利用材料工程学和分子生物学的原理，组织工程师正在开发有机替代物以支持或替换部分故障组织或器官以创建替代物。创建这些替代物的常见方法是使用活细胞、支架和信号分子。Evans(SeminSurgOncol19:312–318,2000)鉴定了对于神经组织支架而言必要的四个组分：生长促进蛋白、细胞外基质(ECM)、支持细胞(通常是干细胞)和促进轴突再生的分子。然而，干细胞不仅需要与细胞外基质以及生长促进蛋白相接触以增殖，还需要保持干细胞的基本特性(干性(stemness))。通过整联蛋白受体发挥作用的细胞外基质因子如层粘连蛋白和纤连蛋白已被证明对于干细胞自我更新是重要的。具有对于刺激胚胎和成体干细胞的增殖而言所必要的生长促进蛋白，FGF-2，已被证明是至关重要的。

CNS的创伤性损伤适合于应用生物材料支架，这是因为存在细胞和ECM的广泛的且局部的损失。支架可以作为移入的细胞和宿主组织的人造基质和支持性网络。此外，其作为防止神经胶质疤痕的物理和化学屏障，其抑制轴突再生是公知的。ECM还是细胞功能的重要调节物。ECM和整合素的相互作用管理着细胞过程如增殖、存活、迁移和分化。

因此，持续需要设计用于神经组织的再生疗法以开发模拟天然ECM的生物材料系统。应设计这样的生物材料系统来获得高度适合作为用于细胞移植以修复创伤性脑损伤的载体的支架。

发明内容

由于上述问题、需求和目标，本发明人已设计了本发明的实施方式，其中多个干细胞可以维持在2-D和3-D基质上，所述基质已被修饰以稳定其中的生长促进蛋白。因此，可以使用这些基质(或生物材料支架)，以例如促进CNS再生。