[发明专利]一种光感受器神经元细胞的化学诱导方法

说明书

本发明提供一种新的光感受器神经元细胞纯化学诱导方法，通过将一组小分子抑制剂添加至无血清基础培养基中，将多能干细胞快速转化为光感受器神经元细胞，与目前国际通行的血清加视黄醇的诱导方法相比，本发明不使用血清，使用化学小分子替代视黄醇，保证了光感受器神经元发育所需要的视觉循环的运行的同时也排除了血清的不利因素。

技术领域

本发明属于生物领域。具体涉及光感受器神经元细胞的化学诱导及培 养方法、培养基及其在多种疾病中的应用。

背景技术

外胚层是胚胎发育过程中形成的最外层，随着器官发生的开始，外胚 层细胞逐渐分化为大脑、脊髓、感觉器官等重要的系统。其中神经系统是 负责思维、情感、感知、运动等功能的重要系统。相比于肿瘤等疾病，目 前神经系统疾病的药物数量较少，且研发周期漫长，其中最为重要的一个 原因是外胚层谱系中多种原代细胞的特殊性，例如原代神经元的不可再生 性导致了神经系统药物体外药物筛选平台的稀缺。外胚层细胞的体外再生 能解决多种退行性疾病，例如神经退行性疾病是目前常见的老龄化疾病， 治疗及护理费用极其昂贵，而且市面上无特效药物可以进行有效的治疗。 神经退行性疾病包括肌萎缩侧索硬化症(ALS)、帕金森病(PD)、阿尔茨 海默症(AD)等疾病。世界卫生组织统计，2050年我国神经退行性疾病 患者将超过3000万，预期医疗费用将超过1万亿。此类疾病的治疗难点 在于中枢神经系统的神经细胞具有不可再生性，而这类疾病是由于中枢神 经的不可逆损伤造成。目前，神经细胞的移植是最为有效的一种治疗方式。

视觉神经的退行性疾病也是其中的一大类疾病。以与年龄相关的黄斑 变性(AMD)为例，它是50岁以上人群视力受损的主要原因，其特征是 视网膜退化，可导致中央视力丧失。此外，色素变性这种罕见遗传性疾病， 其特征是视网膜中的光感受器逐渐退化，无法将光信号转换成向大脑的电 信号。视网膜是高等动物体中能够感受“影像”的重要组织，由光敏细胞和 光感受器组成。光感受器能将影像的光信号转变为神经信号，是能让大脑 “看见”影像的重要细胞。这其中，锥形受体细胞即视锥细胞负责我们的日 间视觉及颜色的感知，视杆细胞，则更为敏感，即使在低光照条件也可以 感知到微弱的光。感光细胞的受损，是视网膜退行性疾病的重要成因，导 致眼球无法将“影像”转化的神经信号传递到大脑，从而严重影响人的视力， 甚至导致失明。更为严峻的是，光感受器神经细胞的受损是一种不可逆的 过程，无法自我修复，因此此类疾病没有良好的治疗方法。部分患者采取 视网膜移植方法，但视网膜资源有限，多来自于遗体捐赠，远不能满足临 床需要；人工视网膜的原理是替换这些光感受器。该装置由固定在视网膜 和电极化合物下的植入物组成，这些植入物可刺激视网膜神经元向大脑传 递信息，但目前人工视网膜价格昂贵，且不能精细恢复视觉功能；除此之 外，还有基于病毒载体的基因疗法，通过修正遗传突变让遗传性光感受器 恢复功能，同样，基因疗法除了价格昂贵之外，并不能解决由年龄造成的 视觉神经的退行性疾病。

2006年，山中伸弥的团队发明了一种由OCT4、SOX2、KLF4和c-Myc 四种转录因子构成的“鸡尾酒”法，能够成功将终端分化的皮肤成纤维细胞 重编程成为具有分化多能性的干细胞，这种干细胞被称为诱导多能干细胞 (Induced Pluripotent Cells)(Cell，2006，124(4)pp.663-676；Cell，2007， 131(5)pp.861-872)。这些干细胞具有和胚胎干细胞(Embryonic Stem Cells) 类似的分化潜能，能够形成人体发育最基本的三个胚层：外胚层、中胚层 及内胚层，并最终形成多种成体细胞。这一发明突破了在医学上使用人胚 胎干细胞的伦理限制，可以解决细胞移植治疗中的免疫排斥问题，大大拓 展了干细胞技术在临床医学上的应用潜力。使用包括胚胎干细胞及iPSC 在内的全能干细胞或者多能干细胞作为原材料进行外胚层细胞诱导分化 可以作为临床治疗的新思路，大大拓展了外胚层细胞在临床医学上的应用 潜力。