[发明专利]活化态多能干细胞及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及多能干细胞领域。具体而言，本发明涉及一种多能干细胞，产生所述多能干细胞的方法，以及所述多能干细胞用于干细胞分化、细胞移植、组织修复和/或组织再生的用途。

技术领域

本发明涉及多能干细胞领域。具体而言，本发明涉及一种活化态的多能干细胞，产生所述多能干细胞的方法，以及所述多能干细胞用于干细胞分化、细胞移植、组织修复和/或组织再生的用途。

背景技术

哺乳动物胚胎发育的着床前到原肠运动过程中，上胚层细胞具有分化成为身体所有细胞的潜能，这种具有多潜能的细胞通过体外培养的方式可得到胚胎干细胞和上胚层细胞系。此外，成体细胞可以通过诱导的方式建立诱导性多能干细胞。这些细胞可以通过各种复杂的诱导方式产生各种功能的细胞，包括：生殖细胞和体细胞；为细胞、组织和器官移植和再生提供了潜在的医用材料，同时为相关疾病的药物筛选提供了很好的模型。但是，胚胎干细胞和诱导性多能干细胞分化为有功能细胞的过程中，面临细胞分化的效率问题，特别是定向分化的效率很差，是领域面临的关键问题；此外，细胞分化的不均质性也是领域面临的另外一个最重要问题。

目前认为胚胎干细胞(ESCs)和诱导性多能干细胞(iPSC)处于幼稚状态(state)，还没有达到准备分化状态，因此需要较长的时间才能分化成各种类型的细胞，而且不同的实验室或不同的条件下的分化效果很不一样。特别是，从胚胎干细胞向生殖细胞的分化过程中，必须经过一个不稳定的中间状态-上胚层样细胞(EpiLCs)，才能较为有效分化成生殖细胞。而上胚层细胞(EpiSC)系则处于命运已经决定的状态(primed state)，失去了体内早期上胚层细胞的某些特性，在体外不能有效分化成生殖细胞；此外，不同实验室建立的上胚层细胞系也很不一样，一直没有被广泛应用。

胚胎发育过程中，尽管体内原肠运动前后的上胚层细胞只是短暂存在，但是可以分化成为各种谱系的细胞，包括生殖细胞。最近很多实验证据显示在和primed多能性状态之间可能存在第三种状态-活化 (formative)态。该假说认为上胚层发育过程中，细胞需要经过″获能″，达到具有分化为各种细胞能力的活化态，并对该状态细胞的一些分子特性的进行了推测。哺乳动物上胚层细胞发育过程中，如果存在活化状态，特别是该状态能够在体外稳定维持，即活化态多能干细胞(formative Pluripotent Stem Cells，fPSCs)。相比于其他多能干细胞系，fPSCs可能在分化和应用方面具有明显的优势。然而，目前还没有任何体外稳定的活化态多能干细胞系的报道。

发明内容

本申请的发明人经过大量实验和反复摸索，获得了一种从原肠运动即将启动前的多能干细胞系(活化态的多能干细胞，fPSCs)的方法，相比于目前已经报道的胚胎干细胞及其他多能干细胞，由该方法获得的活化态多能干细胞系具有显著提高的分化效率和分化潜能，具有重大的应用价值。

活化态多能干细胞(formative Pluripotent Stem Cells，fPSCs)

本发明第一方面提供了一种分离的多能干细胞-fPSCs，其可自我更新，能够在多次传代中维持细胞性质没有显著的变化。

本发明的fPSCs具有类似于或仿效着床后至原肠运动即将起始前的哺乳动物胚胎上胚层细胞(Epiblast)的功能和/或表征，特别地，本发明的多能干细胞具有着床后至原肠运动即将起始前的哺乳动物胚胎上胚层细胞(Epiblast) 的多能性。

在某些实施方案中，所述Epiblast细胞是着床后至原肠运动即将起始前的哺乳动物胚胎Epiblast细胞。在某些实施方案中，所述着床后至原肠运动即将起始前的哺乳动物胚胎Epiblast细胞是指对应于小鼠胚胎E5.5-E6.5的胚胎发育阶段的Epiblast细胞。在某些实施方案中，所述着床后至原肠运动即将起始前的哺乳动物胚胎Epiblast细胞的多能性包括能够向内、中、外三个胚层及原始生殖细胞(PGC)的分化能力。