[发明专利]通过转染由成体干细胞产生胰岛素分泌细胞的方法

说明书

技术领域

本发明总体而言涉及用于产生胰岛素分泌细胞的方法，更特别地，涉 及借助电穿孔进行的转染由成体干细胞产生这样的细胞。

相关领域描述

干细胞是见于分化组织中的未分化细胞，它们可自我更新并且(具有 某些限制地)发生分化以获得其来源组织中的所有特化细胞类型。干细胞 具有使其区别于其它细胞类型的两个重要特征。首先，它们是非特化细胞， 通过细胞分裂长期自我更新。其次，在某些生理或实验条件下，它们可以 被诱导成为具有特殊功能的细胞，如心肌的博动细胞(beating cell)或胰 腺的胰岛素生成细胞。由此，科学家猜测在未来的某个时间，干细胞可以 成为治疗疾病如帕金森病、糖尿病和心脏病的基础，因为可将健康细胞移 植至疾病患者来替换受损的细胞。

科学家主要使用两种人类干细胞：胚胎干细胞和成体干细胞。人胚胎 干细胞从人的胚胎获得，因此目前成为伦理和政治考虑的主题，这使得对 它们的利用出现了一些问题。然而，成体干细胞避免了这样的问题，因此 使用起来更为理想。然而，成体干细胞可能有其自身的问题。从一名患者 培养的干细胞可能被另一患者排斥，因此需要免疫抑制剂(最终仍可能被 排斥)。理想的是移植来自患者的自体细胞，避免对免疫抑制的需要。

直到最近，人们仍认为成体干细胞通常产生其所在组织中的细胞类型。 例如，骨髓中形成血的成体干细胞通常产生多种类型的血细胞，如红细胞、 白细胞和血小板。骨髓中形成血的细胞不能产生差异很大的组织中的细 胞，如脑中的神经细胞。然而，过去几年中的许多实验已经提出了这种可 能性，即来自一种组织的干细胞可能产生完全不同的组织中的细胞类型。 实例包括成为神经元的血细胞、可使其产生胰岛素的肝细胞以及可发育成 心肌的造血干细胞。因此，探索在基于细胞的治疗中使用成体干细胞的可 能性已成为研究人员的一个非常活跃的研究领域。

存在几种用于转染以刺激干细胞分化的已知方法。例如，病毒载体可 有效地将目的基因转移至广泛的哺乳动物细胞类型。然而，尽管源自非病 原性病毒，这样的方法仍存在某些争议。化学转染的缺点是对用于插入该 基因的化学环境有不利影响。可以使用精细毛细管移液器(fine microcapillary pipette)利用显微注射来实现物理转染。另一方法包括公知 的电穿孔技术。术语“电穿孔”是指使用电场脉冲来诱导细胞膜中称为“电 孔(electropore)”的微孔。取决于电脉冲的参数，经电穿孔的细胞可在 脉冲后存活或死亡。人们认为经电穿孔的细胞的死亡原因是由通过该孔与 细胞外环境的流体通讯所引起的化学不平衡。所形成电孔的数目和尺寸取 决于所述脉冲的幅度E和持续时间t的乘积。在某个界限以下，根本不会 诱导电孔。这一界限针对不同细胞而有所不同，并主要取决于它们的尺寸。 细胞越小，则诱导孔所必需的振幅和持续时间的乘积越大。在下限以上， 孔的数目及其有效直径随乘积Et的提高而提高。直至到达上限，细胞在脉 冲后存活并在之后恢复其生存力。在上限以上，孔径和数目变得太大以至 于细胞无法存活。它不能通过自发过程或生物过程进行自我修复，故而死 亡。应注意的是，细胞对于电场的易损性取决于其尺寸：细胞越大，杀死 它所需的电场越低。

发表于《Tissue Engineering》2001年4月号的文章显示，通过抽脂法 取出的脂肪细胞可作为干细胞的极佳来源。研究人员首先收集从抽脂患者 的髋部、臀部和胃排出的脂肪和液体。接着对称为抽脂物(lipoaspirate) 的这些材料进行洗涤、纯化，用酶处理以分解将所述细胞维系在一起的基 质，并与来自骨髓的干细胞进行比较。科学家发现半磅脂质得到了多达5 千万至1亿个未分化的干细胞样细胞。

Norbert Wiener在《Energy Medicine》的一篇题为《Scientific Basis》 的文献中提出了术语“控制论”，其定义为通讯和控制的科学。其基本理 论主张，在适当的位置和时间施加小能量场可以改变生物过程。这已成为 了一个高产的研究领域，因为所有的生命过程最终均通过细胞、通过分子 以及通过它们产生的能量场来进行。科学家正在研究，在细胞/分子/电磁 级联中哪些确切的步骤对外部能量场尤其敏感，那些则不然。他们还在探 索来自环境的微小信号如何放大从而产生大的细胞效应。细胞放大的重要 性为1994年诺贝尔生理和医学奖所认可，其授予了对G蛋白以及这些蛋 白在细胞信号转导中作用的发现。