Способы очистки клеток, производных от плюрипотентных стволовых клеток

Способы очистки клеток, производных от плюрипотентных стволовых клеток

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет в отношении предварительной заявки № 61/309193, поданной 01 марта 2010 года.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к способам дифференцирования плюрипотентных стволовых клеток. В частности, в настоящем изобретении предложены способы характеризации клеток, дифференцировавших в клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, на основании анализа уникальных маркеров клеточной поверхности. В настоящем изобретении также предложены способы обогащения или сортировки клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток. В настоящем изобретении также предложены способы уменьшения количества клеток, которые могут загрязнять популяции клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, сформированные способами, составляющими предмет настоящего изобретения, таким образом, снижая частоту возникновения опухолей in vivo после трансплантации.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Плюрипотентные стволовые клетки могут давать начало типам дифференцированных клеток, содержащих все соматические ткани и органы. Лечению диабета с помощью клеточной терапии способствует производство большого количества клеток, которые могут функционировать аналогично островкам поджелудочной железы человека. Таким образом, существует необходимость в получении таких клеток из плюрипотентных стволовых клеток, а также в надежных способах их очистки.

Белки и другие маркеры клеточной поверхности, которые обнаруживают на плюрипотентных стволовых клетках и производных клеточных популяциях, успешно используются для получения реагентов, предназначенных для разделения и выделения этих популяций. Маркеры клеточной поверхности также используют для дополнительной характеризации этих клеток.

В одном примере в публикации № WO2009131568 описан способ очистки энтодермальных клеток кишечника, содержащий: a) воздействие на популяцию клеток, производных от плюрипотентных стволовых клеток, содержащих клетки кишечной энтодермы, лигандом, связывающимся с маркером клеточной поверхности, который экспрессируют клетки кишечной энтодермы, причем указанный маркер клеточной поверхности выбран из группы, состоящей из CD49e, CD99, CD165 и CD334; и b) отделение клетки кишечной энтодермы от клеток, производных от плюрипотентных стволовых клеток, не связывающихся с данным лигандом, посредством чего выполняется очистка указанной клетки кишечной энтодермы.

В другом примере в публикации № WO2010000415 описано использование антитела, которое связывается с антигеном TNAP, или функциональных фрагментов этого антитела, одного или в комбинации с антителом, которое связывается с CD56, или функциональных фрагментов этого антитела для выделения стволовых клеток с потенциалом к дифференцированию адипоцитов, хондроцитов и панкреатических клеток.

В другом примере в публикации № US7371576 описано обнаружение селективного маркера клеточной поверхности, который позволяет отбирать уникальную субпопуляцию стволовых панкреатических клеток, имеющих высокую предрасположенность к дифференцированию в клетки или агрегаты инсулин-продуцирующих клеток.

В другом примере в публикации № US7585672 описан способ обогащения культуры клеток, производных от эмбриональных стволовых клеток человека, клетками энтодермальной и панкреатической линий дифференцирования, а именно способ, содержащий стадии (а) культивирования интактных колоний эмбриональных стволовых клеток человека с образованием цельных интактных эмбриоидных тел, окруженных клетками висцерального листка желточного мешка (VYS), причем эмбриональные стволовые клетки человека экспрессируют Oct-4, поверхностный стадиеспецифический эмбриональный антиген-3/4 (SSEA 3/4) и молекулу адгезии эпителиальных клеток (EpCAM); (b) культивирования эмбриональных тел, полученных на стадии (a), в условиях, способствующих дифференцированию эмбриональных тел в клеточную популяцию, содержащую клетки энтодермальной и панкреатической линий дифференцирования; (c) диспергирования клеточной популяции, полученной на стадии (b), на отдельные клетки; (d) отбора клеток, экспрессирующих SSEA 3/4, для отделения недифференцированных клеток от клеток, полученных на стадии (c); (e) отбора клеток, экспрессирующих SSEA-1, для удаления клеток VYS из числа оставшихся клеток, полученных на стадии (d); и (f) отбора клеток, экспрессирующих EpCAM, из числа оставшихся клеток, полученных на стадии (e), для обогащения клетками энтодермальной и панкреатической линий дифференцирования.

В публикации № US7585672 также описан способ обогащения культуры клеток, производных от эмбриональных стволовых клеток человека, клетками энтодермальной и панкреатической линий дифференцирования, а именно способ, содержащий стадии (а) культивирования интактных колоний эмбриональных стволовых клеток человека с образованием цельных интактных эмбриоидных тел, окруженных клетками висцерального листка желточного мешка (VYS), причем эмбриональные стволовые клетки человека экспрессируют Oct-4, поверхностный стадиеспецифический эмбриональный антиген-3/4 (SSEA 3/4) и молекулу адгезии эпителиальных клеток (EpCAM); (b) культивирования эмбриональных тел, полученных на стадии (a), в условиях, способствующих дифференцированию эмбриональных тел в клеточную популяцию, содержащую клетки энтодермальной и панкреатической линий дифференцирования; (c) обработки клеточной популяции, полученной на стадии (b), эффективной дозой фактора роста фибробластов 10 (FGF10); и (d) диспергирования клеточной популяции, полученной на стадии (c), на отдельные клетки, обогащенные клетками энтодермальной и панкреатической линий дифференцирования; (e) отбора клеток, экспрессирующих SSEA 3/4, для отделения недифференцированных клеток от клеток, полученных на стадии (d); (f) отбора клеток, экспрессирующих SSEA-1, для удаления клеток VYS из числа клеток, полученных на стадии (e); и (g) отбора клеток, экспрессирующих EpCAM, из числа оставшихся клеток, полученных на стадии (f), для обогащения клетками энтодермальной и панкреатической линий дифференцирования.

В публикации № US7585672 также описан способ обогащения для создания популяции клеток, производных от стволовых клеток, которая не обладает туморогенным потенциалом, содержащий стадии (а) культивирования интактных колоний эмбриональных стволовых клеток человека с образованием цельных интактных эмбриоидных тел, окруженных клетками висцерального листка желточного мешка (VYS), причем эмбриональные стволовые клетки человека экспрессируют Oct-4, поверхностный стадиеспецифический эмбриональный антиген-3/4 (SSEA 3/4) и молекулу адгезии эпителиальных клеток (EpCAM); (b) культивирования эмбриональных тел, полученных на стадии (a), в условиях, способствующих дифференцированию эмбриональных тел в клеточную популяцию, содержащую клетки энтодермальной и панкреатической линий дифференцирования; (c) диспергирования клеточной популяции, полученной на стадии (b), на отдельные клетки; (d) отбора клеток, экспрессирующих SSEA 3/4, для очистки недифференцированных клеток от клеток, полученных на стадии (c); (e) отбора клеток, экспрессирующих SSEA-1, для удаления клеток VYS из числа клеток, полученных на стадии (d); и (f) отбора клеток, экспрессирующих EpCAM, из числа оставшихся клеток, полученных на стадии (e), при этом полученные клетки не образуют тератом после инъекции мышам с ослабленным иммунитетом.

В другом примере в публикации № US20050260749 описан способ обогащения культуры клеток, производных от стволовых клеток, клетками энтодермальной и панкреатической линий дифференцирования, а именно способ, содержащий стадии культивирования стволовых клеток с образованием эмбриоидных тел; и отбора эмбриоидных тел для экспрессии соответствующих видоспецифических и стадиеспецифических эмбриональных антигенов клеточной поверхности и культивирования только тех эмбриоидных тел, которые не экспрессируют стадиеспецифического антигена клеточной поверхности для дифференцирования в энтодерму и панкреатические клетки.

В другом примере в публикации № US20100003749 описана выделенная популяция панкреатических стволовых клеток, причем популяция панкреатических стволовых клеток обогащена панкреатическими стволовыми клетками CD133+CD49f+.

В публикации № US20100003749 дополнительно описан способ выделения панкреатических стволовых клеток из первичной ткани поджелудочной железы путем отбора из популяции панкреатических клеток, клеток панкреатического или желудочно-кишечного происхождения CD133+, CD49f+ или CD133+CD49f+; удаления клеток CD15+, при этом оставшиеся клетки являются клетками CD15-; культивирования оставшихся клеток в бессывороточной культуральной среде, содержащей один или более факторов роста; и пролиферации оставшихся клеток в культуральной среде.

В другом примере Dorrell et al. заявляют: «Мы разработали новую панель маркеров клеточной поверхности для выделения и изучения всех основных типов клеток поджелудочной железы человека. Гибридомы отбирали после субтрактивной иммунизации мышей линии Balb/C интактными или диссоциированными островками поджелудочной железы человека и оценивали на предмет клеточной специфичности и реактивности клеточной поверхности с помощью иммуногистохимии и проточной цитометрии. Антитела выявляли по специфическому связыванию поверхностных антигенов островковых (панэндокринных или α-специфичных) и неостровковых субпопуляций клеток поджелудочной железы (экзокринных или протоковых). Эти антитела использовали по отдельности или в комбинации для выделения популяций α, β, экзокринных или протоковых клеток из первичных тканей поджелудочной железы человека методом проточной цитометрии (FACS), а также подробной характеризации клеточной композиции препаратов островков поджелудочной железы человека. Антитела также использовали для демонстрации того, что культуры, используемые для размножения человеческих островковых клеток, происходят от неэндокринных клеток, и что уровень экспрессии инсулина можно повысить до 1% от уровня экспрессии обычных островковых клеток с помощью субпопуляционной сортировки и гиперэкспрессии транскрипционных факторов Pdx-1 и ngn3, что указывает на улучшение результатов, полученных ранее в данной культуральной системе. Эти способы позволяют выполнять анализ и выделение функционально различных популяций клеток поджелудочной железы, обладающих потенциалом, необходимым для клеточной терапии» (Stem Cell Research, том 1, вып. 3, сентябрь 2008 г., стр. 155-156).

В другом примере Sugiyama et al. заявляют: «В результате мы выявили два антигена, которые назвали CD133 и CD49f, пригодные для очистки мышиных NGN3+ клеток. CD133 (также известен как проминин-1) является трансмембранным белком с неизвестной функцией и известным маркером гемопоэтических предшественников и нейронных стволовых клеток. CD49f также известен как интегрин α6 и является компонентом рецептора ламинина. Комбинируя антитела, которые распознают CD133 и CD49f, мы фракционировали четыре популяции панкреатических клеток. Иммунное окрашивание и ОТ-ПЦР подтвердили, что популяция клеток CD49fhigh CD133+ («фракция I», 50% исходных клеток) содержала главным образом дифференцированные экзокринные клетки, экспрессирующие CarbA. Фракция клеток CD49flow CD133- («фракция III», 10% исходных клеток) включала гормон+ клетки, экспрессирующие эндокринные продукты, такие как инсулин и глюкагон. В противоположность этому фракция CD49flow CD133+ (обозначаемая «фракция II», 13% исходных клеток) содержала NGN3+, но не гормон+ клетки. Приблизительно 8% клеток фракции II вырабатывали иммунноокрашиваемый NGN3. В составе фракции CD49f- CD133- («фракция IV», 25% исходных клеток) нам не удалось выявить клетки, экспрессирующие NGN3, CarbA или гормоны островков поджелудочной железы» (Diabetes, Obesity and Metabolism, том 10, вып. s4, стр. 179-185).

В другом примере Fujikawa et al. заявляют: «После сортировки CD45-TER119- GFPhigh клеток с боковым рассеянием света в этой популяции мы обнаружили незрелые клетки энтодермы, экспрессирующие α-фетопротеин и имеющие высокий потенциал роста. С помощью клонального анализа и электронной микроскопии было выявлено, что каждая отдельная клетка этой популяции может дифференцироваться не только в гепатоциты, но и в билиарные эпителиальные клетки, демонстрируя свою двунаправленную дифференцировочную активность. Анализ маркеров клеточной поверхности выявил наличие интегрина α6 и интегрина β1, но отсутствие экспрессии c-Kit и Thy1.1» (Journal of Hepatlogy, том 39, стр. 162-170).

В другом примере Zhao et al. заявляют: «В этом исследовании мы сначала выявили N-кадгерин как маркер клеточной поверхности клеток печеночной энтодермы, подходящий для их очистки из смеси производных эмбриональных стволовых клеток (hES) человека, а затем получили печеночные клетки-предшественники, используя очищенные клетки печеночной энтодермы и культивируя их вместе с мышиными эмбриональными стромальными питающими клетками (STO). Эти печеночные клетки-предшественники способны размножаться и могут быть пассированы в течение более чем 100 дней. Интересно, что они коэкспрессируют ранний печеночный маркер AFP и маркер билиарной линии дифференцирования KRT7, что позволяет предположить, что эти клетки являются общими предшественниками как гепатоцитов, так и холангиоцитов. Более того, эти клетки-предшественники могут активно размножаться, сохраняя при этом двойной потенциал дифференцирования в гепатоцитоподобные клетки и холангиоцитоподобные клетки, что подтверждается как анализом генной экспрессии, так и функциональными исследованиями. Таким образом, в данной работе предложена новая модель изучения развития печени, а также новый источник материала для клеточной терапии, основанной на использовании печеночных клеток-предшественников» (PLoS ONE 4(7): e6468. doi: 10.1371/journal.pone. 0006468).

В другом примере Cai et al. заявляют: «Для дополнительного повышения тонкости очистки клеток PDX1+ мы сортировали активин A-индуцированные клетки с помощью CXCR4, который является маркером энтодермальных клеток ES-происхождения. Сортировка с помощью CXCR4 позволила обогатить популяцию энтодермальных клеток, поскольку практически все клетки в популяции CXCR4+ были положительно окрашены антителами к энтодермальному маркеру SOX17 и >90% клеток были положительны по отношению к FOXA2» (Journal of Molecular Cell Biology Advance Access, оригинальная публикация в электронном виде от 12 ноября 2009 г. Journal of Molecular Cell Biology 2010 2(1):50-60; doi:10.1093/jmcb/mjp037).

В другом примере Koblas et al. заявляют: «Мы обнаружили, что популяция человеческих CD133- положительных панкреатических клеток содержит эндокринные клетки-предшественники, экспрессирующие нейрогенин-3, и клетки, экспрессирующие человеческую теломеразу, ABCG2, Oct-3/4, Nanog и Rex-1, маркеры плюрипотентных стволовых клеток. Эти клетки были способны дифференцироваться в инсулин-продуцирующие клетки in vitro и секретировали C-пептид в ответ на воздействие глюкозы. На основании полученных данных мы сделали предположение о том, что CD133 является еще одним маркером клеточной поверхности, который можно использовать для выявления и выделения панкреатических эндокринных клеток-предшественников» (Transplant Proc., март 2008 г.; 40(2):415-8).

В другом примере Sugiyama et al. заявляют: «Мы обнаружили, что клетки NGN3+ экспрессировали CD133. Оказалось, что CD133 локализуется в апикальной мембране протоковых эпителиальных панкреатических клеток» (PNAS 2007 104:175-180; электронная публикация до выхода в печать от 26 декабря 2006 г., doi:10.1073/pnas.0609490104).

В другом примере Kobayashi et al. заявляют: «Эмбриональный панкреатический эпителий и - позднее - протоковый эпителий, как известно, дают начало эндокринным и экзокринным клеткам формирующейся поджелудочной железы, однако никаких специфичных маркеров клеточной поверхности для этих клеток выявлено не было. В настоящей работе мы использовали агглютинин Dolichos Biflorus Agglutinin (DBA) в качестве специфичного маркера таких эпителиальных клеток в составе формирующейся поджелудочной железы у мышей. По результатам иммунофлуоресцентного анализа с использованием меченого флуоресцином DBA и клеточных маркеров, специфичных для панкреатических клеток, мы обнаружили, что DBA специфически выявляет эпителиальные, но не выявляет ни дифференцирующиеся эндокринные, ни ацинарные клетки. Мы дополнительно использовали этот маркер в иммуномагнитной системе разделения клеток (система Dynabead) для очистки таких предположительно мультипотентных клеток из смеси развивающихся панкреатических клеток. Эту процедуру можно использовать для изучения дифференцирования и отбора клеточной линии дифференцирования при формировании поджелудочной железы. Кроме того, ее также можно использовать для отбора панкреатических клеток-предшественников для потенциальной клеточной инженерии» (Biochemical and Biophysical Research Communications, том 293, вып. 2, 3 мая 2002 г., стр. 691-697).

Выявление маркеров, экспрессируемых клетками, которые являются производными плюрипотентных стволовых клеток, позволит получить больше информации об этих клетках, научиться выявлять их in vivo и in vitro и проводить их положительное обогащение in vitro для изучения и использования. Таким образом, сохраняется потребность в инструментах, которые можно использовать для выделения и характеризации клеток, являющихся производными от плюрипотентных стволовых клеток, в частности, клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ дифференцирования популяции плюрипотентных стволовых клеток в популяцию клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, включающий в себя следующие стадии:

а) культивирование популяции плюрипотентных стволовых клеток;

b) дифференцирование популяции плюрипотентных стволовых клеток в популяцию клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии дефинитивной энтодермы;

c) дифференцирование популяции клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии дефинитивной энтодермы, в клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии первичной кишечной трубки;

d) дифференцирование популяции клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии первичной кишечной трубки, в популяцию клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатической энтодермы; и

e) дифференцирование популяции клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатической энтодермы, в популяцию клеток, экспрессирующие маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения популяцию клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, трансплантируют животному, при этом клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, дают начало инсулин-продуцирующим клеткам. В одном варианте осуществления эффективность образования инсулин-продуцирующих клеток повышается за счет обогащения популяции клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, до трансплантации.

В одном варианте осуществления эффективность образования инсулин-продуцирующих клеток определяют путем измерения времени, необходимого для экспрессии С-пептида на уровне обнаружения после трансплантации.

В альтернативном варианте осуществления обогащение снижает способность трансплантируемых клеток формировать тератомы после трансплантации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

На фиг. 1 представлена экспрессия NEUROD (панель а), NGN3 (панель b), PDX1 (панель c), NKX6.1 (панель d), NKX2.2 (панель e) и PAX4 (панель f) в популяциях клеток CD56⁺CD13^-, CD56^-CD13^- и CD56^-CD13⁺, как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 2 представлена экспрессия NEUROD (панель a), NGN3 (панель b), PDX1 (панель c), NKX6.1 (панель d), NKX2.2 (панель e) и PAX4 (панель f), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антитела к CD133. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 3 представлена экспрессия NEUROD (панель a), NGN3 (панель b), PDX1 (панель c) и NKX6.1 (панель d), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антитела к CD49c. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 4 представлена экспрессия NEUROD (панель a), NGN3 (панель b), PDX1 (панель c), NKX6.1 (панель d), инсулина (панель e) и глюкагона (панель f), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антител к CD56 и CD15. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 5 представлена экспрессия NEUROD (панель а), NGN3 (панель b), PDX1 (панель c), NKX6.1 (панель d), NKX2.2 (панель e), PAX-4 (панель f), глюкагона (панель g) и инсулина (панель h), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антитела к CD15. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 6 представлена экспрессия NEUROD (панель а), NGN3 (панель b), PDX1 (панель c), NKX6.1 (панель d), NKX2.2 (панель e), инсулина (панель f) и глюкагона (панель g), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антител к CD56 и CD57. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 7 представлена экспрессия ZIC1 (панель a), альбумина (панель b), CDX2 (панель c), NGN3 (панель d), PAX4 (панель e), NEUROD (панель f), NKX6.1 (панель g), PTF1 альфа (панель h) и PDX1 (панель i), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антител к CD56 и CD184. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 8 представлена экспрессия NEUROD (панель a), NGN3 (панель b), инсулина (панель c) и глюкагона (панель d), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антитела к CD98. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 9 представлена экспрессия NEUROD (панель a), NGN3 (панель b), PDX1 (панель c), NKX6.1 (панель d), NKX2.2 (панель e) и PAX4 (панель f), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антитела к CD47. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 10 представлена экспрессия PDX-1 (панель а), NKX6.1 (панель b), NKX2.2 (панель c), PAX-4 (панель d), PTF1a (панель e), NGN3 (панель f), инсулина (панель g) и глюкагона (панель h), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антитела к CD47. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 11 представлена экспрессия HNF4 альфа (панель а) и LIF-рецептора (панель b), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток, отсортированных с использованием антитела к LIF-рецептору. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с несортированными клетками на 2 ДЕНЬ стадии II протокола дифференцирования, приведенного в примере 1.

На фиг. 12 представлена экспрессия OCT4 (панель a), NANOG (панель b), SOX2 (панель c) и goosecoid (панель d), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток после удаления клеток, экспрессирующих SSEA4 с помощью магнитных бус. Кратность повышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

На фиг. 13 представлена экспрессия OCT4 (панель а), NANOG (панель b), SOX2 (панель c) и goosecoid (панель d), как определяют с помощью реакции ПЦР в реальном времени в популяциях клеток после удаления клеток, экспрессирующих SSEA4 с помощью FACS. Кратность превышения экспрессии приведена в сравнении с недифференцированными эмбриональными стволовыми клетками H1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для четкости описания, а не для ограничения изобретения, подробное описание изобретения разделено на следующие подразделы, описывающие или иллюстрирующие определенные особенности, варианты осуществления или области применения настоящего изобретения.

Определения

Используемый в настоящей заявке термин «β-клеточная линия дифференцирования» относится к клеткам, положительным в отношении экспрессии гена транскрипционного фактора PDX-1 и по меньшей мере одного из следующих транскрипционных факторов: NGN3, NKX2.2, NKX6.1, NEUROD, ISL1, HNF-3 бета, MAFA, PAX4 и PAX6. Клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для β-клеточной линии дифференцирования, включают в себя β-клетки.

Термин «клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии дефинитивной энтодермы» в настоящем документе обозначает клетки, экспрессирующие по меньшей мере один из следующих маркеров: SOX 17, GATA4, HNF-3 бета, GSC, CER1, Nodal, FGF8, Brachyury, Mix-подобный гомеобоксный белок, FGF4, CD48, эомезодермин (EOMES), DKK4, FGF17, GATA6, CD184, C-Kit, CD99 или OTX2. Клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии дифференцирования в клетки дефинитивной энтодермы, включают в себя клетки-предшественники клеток первичной полоски, клетки первичной полоски, клетки мезоэнтодермы и клетки дефинитивной энтодермы.

Термин «клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии первичной кишечной трубки» подразумевает клетки, экспрессирующие по меньшей мере один из следующих маркеров: HNF-1 бета или HNF-4 альфа.

Термин «клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии панкреатической энтодермы» в настоящем документе обозначает клетки, экспрессирующие по меньшей мере один из следующих маркеров: PDX1, HNF-1 бета, PTF-1 альфа, HNF6 или HB9. Клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии панкреатической энтодермы, включают в себя клетки панкреатической энтодермы.

Используемый в настоящей заявке термин «клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток» относится к клеткам, экспрессирующим по меньшей мере один из следующих маркеров: NGN3, NEUROD, ISL1, PDX1, NKX6.1, PAX4, NGN3 или PTF-1 альфа. Клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, включают в себя панкреатические эндокринные клетки, панкреатические клетки, экспрессирующие гормоны, и панкреатические клетки, секретирующие гормоны, а также клетки β-клеточной линии дифференцирования.

Используемый в настоящей заявке термин «дефинитивная энтодерма» относится к клеткам, обладающим характерными особенностями клеток, происходящих в процессе гаструляции от эпибласта, и формирующим желудочно-кишечный тракт и его производные. Клетки дефинитивной энтодермы экспрессируют следующие маркеры: CD184, HNF-3 бета, GATA4, SOX17, Cerberus, OTX2, goosecoid, c-Kit, CD99 и Mixl1.

Используемый в настоящей заявке термин «маркеры» означает молекулы нуклеиновых кислот или полипептидов с дифференциальной экспрессией в интересующих клетках. В данном контексте под дифференциальной экспрессией подразумевается повышение уровня экспрессии для положительного маркера и понижение уровня экспрессии для отрицательного маркера. Поддающийся обнаружению уровень маркерной нуклеиновой кислоты или полипептида в интересующих клетках оказывается значительно выше или ниже по сравнению с другими клетками, что позволяет выявлять интересующую клетку и отличать ее от других клеток с помощью любого из множества известных в данной области способов.

Термин «панкреатическая эндокринная клетка» или «клетка, экспрессирующая панкреатические гормоны» в настоящем документе относится к клеткам, способным к экспрессии по меньшей мере одного из следующих гормонов: инсулина, глюкагона, соматостатина и панкреатического полипептида.

Используемый в настоящей заявке термин «панкреатическая клетка, секретирующая гормоны» относится к клеткам, способным к секреции по меньшей мере одного из следующих гормонов: инсулина, глюкагона, соматостатина и панкреатического полипептида.

Используемый в настоящей заявке термин «клетка-предшественник клетки первичной полоски» относится к клеткам, экспрессирующим по меньшей мере один из следующих маркеров: Nodal или FGF8.

Используемый в настоящей заявке термин «клетка первичной полоски» относится к клеткам, экспрессирующим по меньшей мере один из следующих маркеров: Brachyury, Mix-подобный гомеобоксный белок или FGF4.

Стволовые клетки представляют собой недифференцированные клетки, определяемые по их способности на уровне единичной клетки как самообновляться, так и дифференцировать с образованием клеток-потомков, таких как самообновляющиеся клетки-предшественники, необновляющиеся клетки-предшественники и окончательно дифференцированные клетки. Стволовые клетки также характеризуются способностью дифференцировать in vitro в функциональные клетки различных клеточных линий дифференцирования из нескольких зародышевых листков (энтодермы, мезодермы и эктодермы), а также после трансплантации давать начало тканям, происходящим от множества зародышевых листков и вносить существенный вклад в формирование большинства или даже всех тканей после введения в бластоцисты.

По потенциалу развития стволовые клетки классифицируются следующим образом: (i) тотипотентные, то есть способные давать начало всем эмбриональным и внеэмбриональным типам клеток; (ii) плюрипотентные, то есть способные давать начало всем эмбриональным типам клеток; (iii) мультипотентные, то есть способные давать начало группе клеточных линий дифференцирования в пределах конкретной ткани, органа или физиологической системы (например, гематопоэтические стволовые клетки (HSC) могут давать таких потомков, как HSC (самообновление), олигопотентные предшественники, ограниченные клетками крови, и все типы клеток и клеточных элементов (например, тромбоциты), являющиеся нормальными компонентами крови); (iv) олигопотентные, то есть способные давать начало более ограниченному набору клеточных линий дифференцирования, чем мультипотентные стволовые клетки; и (v) унипотентные, то есть способные давать начало единственной клеточной линии дифференцирования (например, сперматогенные стволовые клетки).

Дифференцирование представляет собой процесс, при помощи которого неспециализированная (некоммитированная) или менее специализированная клетка приобретает свойства специализированной клетки, например, нервной или мышечной клетки. Дифференцированная клетка или клетка с индуцированным дифференцированием представляет собой клетку, занявшую более специализированное (коммитированное) положение в линии дифференцирования клетки. Термин «коммитированный» применительно к способу дифференцирования относится к клетке, дошедшей в процессе дифференцирования до стадии, от которой в нормальных условиях она продолжит дифференцирование до определенного типа клеток или набора типов клеток и не сможет в нормальных условиях дифференцироваться в иной тип клеток или вернуться к менее дифференцированному типу. Дедифференцированием называется процесс, во время которого клетка возвращается к менее специализированному (коммитированному) положению в линии дифференцирования. Используемый в настоящей заявке термин «линия дифференцирования» определяет наследственность клетки, то есть определяет, из какой клетки произошла данная клетка и каким клеткам она может дать начало. В линии дифференцирования клетка помещается в наследственную схему развития и дифференцирования. Маркером, специфичным для линии дифференцирования, называется характерная особенность, специфически ассоциированная с фенотипом клеток конкретной линии дифференцирования, которая может использоваться для оценки дифференцирования некоммитированных клеток в клетки данной линии дифференцирования.

Для описания клеток в процессе культивирования используют различные термины. Термин «поддержание» по существу относится к клеткам, помещенным в ростовую среду в условиях, которые способствуют росту и (или) делению клеток, в результате чего популяция клеток может расти или не расти. Термин «пассирование» означает способ изъятия клеток из одного культурального сосуда и переноса их в другой культуральный сосуд в условия, которые способствуют росту и (или) делению клеток.

Конкретная популяция клеток, или клеточная линия, иногда описывается или характеризуется числом выполненных с ней пассирований. Например, десятикратно пассированную культивируемую популяцию клеток можно описывать как культуру десятого пассирования (или культуру P10). Первичную культуру, то есть первую культуру после выделения клеток из ткани, обозначают P0. После первого пересева клетки описывают как вторичную культуру (P1, или культура первого пассажа). После второго пересева клетки превращаются в третичную культуру (P2, или культура второго пассажа) и т.д. Специалист в данной области определит, что за промежуток времени между последовательными пассированиями популяция клеток может удваиваться многократно, поэтому число удвоения популяций в культуре превышает номер пассажа. Степень размножения клеток (то есть число удвоения популяции) за промежуток времени между последовательными пассированиями зависит от многих факторов, включая, помимо прочего, плотность посева, носитель, среду, условия роста и периоды времени между пассированиями.

Обогащение клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток

В одном варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ дифференцирования популяции плюрипотентных стволовых клеток в популяцию клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, включающий в себя следующие стадии:

а) культивирование популяции плюрипотентных стволовых клеток;

b) дифференцирование популяции плюрипотентных стволовых клеток в популяцию клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии дефинитивной энтодермы;

c) дифференцирование популяции клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии дефинитивной энтодермы, в клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии первичной кишечной трубки;

d) дифференцирование популяции клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии первичной кишечной трубки, в популяцию клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатической энтодермы; и

e) дифференцирование популяции клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатической энтодермы, в популяцию клеток, экспрессирующие маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения популяцию клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, трансплантируют животному, при этом клетки, экспрессирующие маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, дают начало инсулин-продуцирующим клеткам. В одном варианте осуществления эффективность образования инсулин-продуцирующих клеток повышается за счет обогащения популяции клеток, экспрессирующих маркеры, характерные для линии панкреатических эндокринных клеток, до трансплантации.

В одном варианте осуществления эффективность образования инсулин-продуцирующих клеток определяют путем измерения времени, необходимого для экспрессии С-пептида на уровне обнаружения после трансплантации.

В альтернативном варианте осуществления обогащение снижает способность трансплантируемых клеток формировать тератомы после трансплантации.

Клетки, экспрессирующие маркеры, линии панкреатических эндокринных клеток выявляют или отбирают путем связывания антигенов, обнаруживаемых на поверхности клеток, с реагентами, которые специфически связываются с поверхностными клеточными антигенами.