[发明专利]一种增强体外培养间充质干细胞生物抗氧化功能的细胞外基质生物材料、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物医学领域，尤其涉及一种增强体外培养间充质干细胞生物抗氧化功能的细胞外基质生物材料、制备方法及其应用。

背景技术

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）是一种负责组织再生和修复的成体干细胞，最初发现于骨髓中，由于其再生和免疫调节的潜能，已在各大领域引起广泛的关注。人类脐带间充质干细胞，尤其是来源于Wharton's jelly（脐带中包绕两条脐动脉和一条脐静脉黏蛋白样结缔组织）被认为是细胞治疗和再生医学中理想的种子细胞。脐带是一种胚胎外组织，因此脐带间充质干细胞具备胚胎干细胞和成体干细胞的双重特性，其自我更新及多向分化潜能明显优于骨髓间充质干细胞。

有越来越多的证据表明，活性氧(ROS)对细胞增殖、分化、死亡、基质环境的稳态、氧化还原信号机制等是必不可少的，但细胞异常水平的ROS会导致DNA、蛋白质、脂类不可逆转的损害，最终细胞走向衰老和死亡的命运。

尽管MSCs在再生医学中的应用得到广泛关注，但其在体外扩增和体内移植过程中却不可避免的暴露于相当大的氧化应激之下，造成ROS（如过氧化氢、羟基自由基、超氧化物阴离子自由基）超标。体外长期培养的MSCs内H₂O₂水平增加，导致细胞衰老和增殖抑制。骨性关节炎和类风湿关节炎患者体内软骨细胞或中性粒细胞和巨噬细胞产生异常水平的ROS，影响MSCs的再生潜力。研究表明，ROS的累积是由于接触炎症细胞因子引起，从而抑制干细胞的细胞增殖和多向分化潜能。

ROS生成和消除之间的平衡对细胞生存、增殖、分化至关重要。超氧化物歧化酶(SOD),包括含有铜、锌(SOD1和 SOD2)和锰(SOD2)的同功酶，保护MSCs免受超氧化物阴离子催化生成的H₂O₂的活性氧损害。氧化应激可以消除SOD2引起的人类滑膜起源的间充质干细胞的软骨分化能力下降和基质金属蛋白酶的表达增加。此外，SOD产生的H₂O₂被过氧化氢酶（catalase）所中和，先前的大量研究表明，提高MSCs内的catalase活性有利于缓解H₂O₂诱导的细胞凋亡。

MSC起源的细胞外基质(ECM)组分包含 I型和III型胶原蛋白，纤连蛋白、层粘连蛋白，可以充当体外培养系统的微环境，促进MSC扩增、指引MSC向特定方向分化。脱细胞的ECM不仅可以模拟体内干细胞细胞外微环境，还可调节生长因子和激素的生物学行为。这种运用脱细胞的ECM的培养方法可防止细胞复制衰老，增强终末分化细胞的再分化能力，如软骨细胞和髓核细胞。最近的研究表明，脱细胞的ECM能改善骨髓间充质干细胞抵抗H₂O₂诱导的氧化应激和细胞周期停滞。然而， ECM对脐带间充质干细胞内抗氧化系统的影响却鲜有人知。

发明内容

解决的技术问题：针对现有的MSCs在体外扩增和体内移植过程中不可避免的暴露于相当大的氧化应激之下，造成ROS超标的缺点，本发明提供一种增强体外培养间充质干细胞生物抗氧化功能的细胞外基质生物材料、制备方法及其应用，通过脐带间充质干细胞分泌基质制备细胞外基质生物材料，不仅具有多种蛋白质成分的特征，而且能用于间充质干细胞的体外扩增，具有生物相容性好、增殖效率高、显著降低细胞内活性氧含量的优点。

技术方案：

本发明的检测内容包括：（1）细胞外基质生物材料对UC-MSCs增殖能力的影响；（2）细胞外基质生物材料对UC-MSCs内ROS和H₂O₂ 表达的影响；（3）细胞外基质生物材料对UC-MSCs内SOD-2表达的影响；（4）细胞外基质生物材料对UC-MSCs内Catalase活性的影响。

上述所述的内容通过以下步骤实现：