技术领域
本发明涉及生物领域，尤其涉及一种间充质干细胞注射液、制备方法及其 应用。
背景技术
20世纪60年代，急性肺损伤(Acute lung injury,ALI)和急性呼吸窘迫综 合症(Acute respiratorydistress syndrome,ARDS)就被公认为一种严重的急性呼 吸衰竭的综合症，主要表现为低氧血症、双肺浸润的严重急性呼吸衰竭，常见 于肺炎、脓毒血症、重大创伤。ALI/ARDS的发病机制涉及肺血管内皮损伤，肺 泡上皮损伤，以及富含蛋白质的渗出液和细胞碎片在肺泡间隙的聚集。 ALI/ARDS当前的治疗方案主要是支持治疗，给予肺保护性通气以及药物保守治 疗，而迄今为止的临床试验所评价的大批治疗药物中，比如吸入表面活性剂、 NO、糖皮质激素、酮康唑、抗氧化剂、β受体激动剂等，并没有哪一种被证实 是有效的，也没有任何一种可以被推荐为ALI/ARDS的标准治疗，ALI/ARDS 的死亡率仍高达40％。目前药物治疗缺乏效果很有可能是因为治疗介入的时期 较晚，同时因为急性肺损伤的发病具有异质性，外伤或感染引起的急性肺损伤 由不同的病理生理学级联反应占主导。带着这些挑战，以及急性肺损伤在肺泡 水平的严重病理损伤，我们越来越可以看出不太可能有任一单一分子能逆转这 一过程，并迅速起到重要的临床效果。因此，创新的治疗手段对于ALI/ARDS 是十分必要的，解决这个难题的一个重要策略就是以细胞为基础的治疗。
间充质干细胞(Mesenchymal stem cells,MSC)是一种多能的，具有自我更新 能力的细胞，最早从骨髓中发现，可以分化为骨、软骨、脂肪、肌肉等组织。 现在间充质干细胞不仅可以从骨髓中分离出来，也可从脂肪、滑膜、脐带、胎 盘等组织中分离出来。MSC目前已经在肝硬化、系统性红斑狼疮等疾病的临床 治疗中取得了很好疗效，在克罗恩病、外伤性脑损伤、脓毒血症、急性肾衰竭 等疾病的临床前研究中也取得了治疗效果。间充质干细胞移植入患者体内后能 够归巢至损伤肺部，并通过降低促炎细胞因子、增加抗炎细胞因子、减轻肺血 管内皮通透性等途径，对肺损伤起到一定的治疗作用。目前除骨髓外亦有少数 研究报道了脐血来源的MSC对于肺部疾病模型的治疗研究。与骨髓相比，脐带 来源广泛，便于取材，病毒污染率低(由于胎血屏障的存在)、对供者不造成创 伤以及无伦理道德制约，因此，脐带间充质干细胞在急性肺损伤治疗中有着更 加理想的发展前景。
CN 103583511 A公开了一种间充质干细胞冻存液及其制备方法，它包含如 下体积百分比的成分：勃脉力A 25～75％、18AA5％复方氨基酸注射液10～35％、 20％人血白蛋白1～50％、DMSO5～20％。CN 102908364A公开了一种间充质 干细胞注射液及其制备方法和在制备治疗儿童扩张型心肌病药物中的应用，间 充质干细胞注射液含有：2×105-1×107个/ml的间充质干细胞；体积比为5-8％的 临床级DMSO；质量体积比为1-6％的人血白蛋白和复方电解质溶液。上述间充 质干细胞注射液冻存后细胞活率维持时间短，不方便运输与储存。
发明内容
本发明可以解决目前临床针对急性肺损伤没有有效的系统性治疗药物、治 疗药物临床介入时间晚、肺部损伤症状原因多种多样的困局，目的在于提供一 种间充质干细胞注射液、制备方法及其应用，所述注射液可利用液氮(-196℃) 冻存，并经过解冻复苏后直接输注，用于治疗急性肺损伤的间充质干细胞注射 液。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种间充质干细胞注射液，包括间充质干细胞和细 胞冻存液，所述冻存液包括如下组分：
本发明中，通过电解质平衡液、临床级DMSO、20％人血白蛋白、羟乙基 淀粉130/0.4和三磷酸腺苷-二钠氯化镁冻干粉剂进行混合，混合后的溶液能对间 充质干细胞起到一个冻存保护的作用。其中，电解质溶液与人血白蛋白分别维 持晶体渗透压及胶体渗透压，使细胞处于一个良好的渗透压环境，有利于生长； DMSO为常规临床使用细胞冻存保护剂；羟乙基淀粉可使得细胞膜表面负电荷 化，防止细胞聚集，也可使聚集细胞解聚，从而使细胞呈单个分离状态，有利 于提高复苏后细胞存活率，保障输注时不堵塞器具；注射液中所包含的三磷酸 腺苷注射液粉剂，对冻存复苏后的细胞可以直接提供能量，增加细胞复苏后的 活率，维持细胞的正常代谢能力；注射液针对病灶原位注射或静脉输注后，注 射液中包含的三磷酸腺苷支持间充质干细胞在病灶损伤处聚集时的初始能量， 增加在病患处间充质干细胞聚集量，加快病灶的修复速度；此外，间充质干细 胞在病患处进行修复时利用旁分泌作用亦可带动自身干细胞进行修复，此过程 中也需要能量供给，而注射液中的ATP可在多次输注过程中起到如上作用。
本发明中，所述的电解质平衡液用于维持渗透压，体积百分比为25-70％， 例如可以是25％、26％、28％、30％、32％、35％、36％、38％、40％、42％、45％、 46％、48％、50％、52％、55％、56％、58％、60％、62％、65％、66％、68％或 70％。
本发明中，所述的临床级DMSO为细胞冻存保护剂，体积百分比为5-20％， 例如可以是5％、6％、8％、10％、12％、13％、15％、16％、17％、18％、19％ 或20％。
本发明中，所述的20％人血白蛋白体积百分比为1-50％，例如可以是1％、 2％、3％、5％、6％、8％、10％、12％、15％、16％、18％、20％、22％、25％、 26％、28％、30％、32％、35％、36％、38％、40％、42％、43％、45％、46％、 48％或50％。
本发明中，所述的羟乙基淀粉130/0.4为临床应用血液容量扩充剂，具有较 好的细胞保护作用，并且可增加细胞表面负电荷，使聚集的细胞解聚，分散为 单个细胞个体，能够增加细胞存活率与培养效率。质量体积比为1-10％，例如 可以是1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
本发明中，所述的三磷酸腺苷-二钠氯化镁冻干粉剂为腺嘌呤核苷-5’-三磷 酸酯二钠盐，三磷酸腺苷二钠氯化镁的无菌冻干品，含三磷酸腺苷二钠100mg 和氯化镁32mg，为细胞能量补剂，对冻存细胞及心肌细胞均有滋养作用，质量 体积比为5-20％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％、13％、14％、 15％、16％、17％、18％、19％或20％。
作为优选技术方案，所述冻存液包括如下组分：
优选地，所述冻存液包括如下组分：
优选地，所述间充质干细胞来自脐带、胎盘、脂肪或骨髓中的任意一种。
优选地，所述间充质干细胞的浓度为5×106-1×107个/ml。
优选地，所述电解质平衡液为勃脉力A注射液、醋酸纳林格注射液、乳酸 纳林格注射液、转化糖电解质注射液或0.9％氯化钠注射液中的任意一种。
所述的勃脉力A注射液：1000ml中含有氯化钠5.26g、葡萄糖酸钠5.02g、 醋酸钠3.68g，氯化钾0.37g、氯化镁0.30g。
所述的醋酸纳林格注射液：1000ml中含有氯化钠6.0g、醋酸钠3.8g、氯化 钾0.30g、氯化钙0.20g。
所述的乳酸纳林格注射液：1000ml中含乳酸钠3.10g、氯化钠6.00g、氯化 钾0.30g、氯化钙0.20g。
所述的转化糖电解质注射液：1000ml中含葡萄糖50g，果糖50g，氯化 钠,1.46g，氯化钾1.86g，氯化镁0.286g，磷酸二氢钠0.75g，乳酸钠2.80g。
第二方面，本发明提供了一种制备如第一方面所述的注射液的方法，包括 如下步骤：
(1)按上述配方称取电解质平衡液、20％人血白蛋白、羟乙基淀粉130/0.4 和三磷酸腺苷-二钠氯化镁冻干粉剂，并混匀；
(2)将步骤(1)所得的溶液过滤，再加入间充质干细胞，得细胞悬浮液；
(3)向步骤(2)的细胞悬浮液中加入临床级DMSO，得到间充质干细胞 注射液；优选地，还包括将所得间充质干细胞注射液进行分装的步骤。
优选地，步骤(1)所述的电解质平衡液为勃脉力A注射液、醋酸纳林格注 射液、乳酸纳林格注射液、转化糖电解质注射液或0.9％氯化钠注射液中的任意 一种。
优选地，步骤(2)所述的过滤为通过0.22μm细菌滤器过滤。
优选地，步骤(2)所述的间充质干细胞来自脐带、胎盘、脂肪或骨髓中的 任意一种。
优选地，步骤(2)所述的间充质干细胞的浓度为5×106-1×107个/ml。
优选地，步骤(3)所述分装为分装入细胞冻存袋。
第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述的注射液在制备治疗急性肺 损伤药物的应用。
本发明中，制备得到的间充质干细胞注射液可根据临床需要立即使用，也 可使用程序降温仪进行程序降温，放置于液氮中贮存及运输，需要使用时放入 预先预热的37℃水浴锅中进行解冻复苏，直接输注即可。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的注射液无动物血清，成分明确，安全可控，并且细胞冻存效 果好，复苏后细胞存活率95％以上，活力强，可保证脐带间充质干细胞制剂的 长期贮存与长途运输，使得此注射液可在全国大范围使用并且制剂安全，质量 得到保障；
(2)本发明的注射液可有效的缓解病变肺部组织的多种损伤及炎症性症 状，如肺出血、肺泡内渗出和肺部纤维化等症状，促进肺部组织的再生，从而 从根本上给予急性肺损伤以综合治疗，与临床常规治疗所使用的激素、β受体 激动剂和抗生素等相比，本发明注射液安全、无毒副作用，可更好的改善患者 生存质量与预后。
附图说明
图1是(A)本发明细胞分离接种培养2d后的细胞生长形态图和(B)细胞 分离接种培养5d后的细胞生长形态图。
图2是本发明培养的脐带间充质干细胞流式细胞仪检测图。
图3是本发明的脐带间充质干细胞成骨诱导(A)诱导前细胞形态图(B) 诱导后细胞形态图。
图4是本发明的脐带间充质干细胞成脂诱导(A)诱导前细胞形态图(B) 诱导后细胞形态图。
图5是本发明的脐带间充质干细胞成软骨诱导(A)诱导前细胞形态图(B) 诱导后细胞形态图。
图6是本发明培养的脐带间充质干细胞冻存24个月后流式细胞仪检测图。
图7是本发明的脐带间充质干细胞冻存24个月后成骨诱导(A)诱导前细 胞形态图(B)诱导后细胞形态图。图8是本发明的脐带间充质干细胞冻存24 个月后成脂诱导(A)诱导前细胞形态图(B)诱导后细胞形态图。
图9是本发明的脐带间充质干细胞冻存24个月后成软骨诱导(A)诱导前 细胞形态图(B)诱导后细胞形态图。
图10是本发明注射液对小鼠急性肺损伤不同细胞移植时间肺部病理损伤评 分。
图11是本发明注射液对小鼠急性肺损伤不同细胞移植时间肺部病理损伤评 分。
图12是本发明注射液对小鼠急性肺损伤细胞与药物治疗后肺部病理损伤评 分。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合附图并通过 具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范 围内。
实施例1：脐带间充质干细胞的制备
脐带间充质干细胞的制备，包括以下步骤：
(1)取剖腹产截取的离开母体时间不超过2小时的新鲜脐带，并且检查产 妇是否携带传染性疾病病原体(乙肝表面抗原、丙肝抗体、梅毒抗体、艾滋病 抗体阴性)，将新鲜脐带放置含D-Hanks平衡液的专用保存瓶中，低温冰盒运输；
(2)将脐带放入生物安全柜紫外照射30min，水浴摇床37℃提前预热，将 脐带样品瓶放置在生物安全柜中操作。用长止血钳取出样品放置在150mm无菌 玻璃皿中，以D-hanks平衡液洗去脐带表面血液；
(3)将清洗后的脐带组织进行机械剪切为约2-5cm小段，小心去除组织中 的脐带动脉及静脉，剥离脐带外膜。将脐带华通胶剪切成为约2-3mm3的小块， 放入50ml离心管中，使用D-Hanks缓冲液洗涤离心，去除上清后测量体积，以 计算所需消化酶的总量；
(4)新鲜配制含10％胶原蛋白酶(USA Sigma)、5％透明质酸酶(USA Sigma)、5％中性蛋白酶(USA Sigma)和80％D-Hanks液的预混消化溶液。将 离心后的脐带组织转移至100ml无菌广口瓶中，加入等体积酶消化液，放到37℃ 水浴锅中，中速震荡消化2h，后用70μm筛网将收集的上清过滤到新的50ml离 心管中，洗涤并离心沉淀细胞；
(5)将适量种子脐带间充质干细胞转移到培养皿或培养瓶中，加入适量 UMSC-CM2培养基，观察细胞贴壁情况，再放入37℃、CO2培养箱中培养，待 细胞生长至融合态后使用无血清胰酶消化，离心，分装至多个培养瓶中进行传 代；
(6)传代2-5代后观察细胞状态，胰酶消化后使用PBS缓冲液洗涤，进行 鉴定备用。
对实例中取得的2-5代脐带间充质干细胞进行鉴定：
(1)镜下观察在标准培养条件下脐带间充质干细胞可贴附于塑料表面，如 图1所示；
(2)CD105、CD73、CD90和HLA-ABC表达量高于90％，不表达CD45、 CD34、HLA-DR，表达量低于1％，如图2所示；
(3)在体外可经诱导分化为成软骨细胞、脂肪细胞和成骨细胞，经碱性磷 酸酶染色，茜素红染色，油红“0”染色均可在镜下观察到阳性，如图3所示。
实施例2：脐带间充质干细胞注射液的制备
所述冻存液包括如下组分：
(1)按上述配方称取勃脉力A注射液、20％人血白蛋白、羟乙基淀粉130/0.4 和三磷酸腺苷-二钠氯化镁冻干粉剂，并混匀；
(2)向步骤(1)混匀后的溶液用0.22μm细菌滤器过滤，再加入制备的脐 带间充质干细胞，浓度控制在5×106个/ml，得细胞悬浮液；
(3)向步骤(2)的细胞悬浮液中加入临床级DMSO，分装于细胞冻存袋中，得到间充质干细胞注射液。
实施例3：脐带间充质干细胞注射液的制备
制备方法如实施例2，脐带间充质干细胞浓度控制在8×106个/ml。
实施例4：脐带间充质干细胞注射液的制备
所述冻存液包括如下组分：
制备方法如实施例2，脐带间充质干细胞浓度控制在9×106个/ml。
实施例5：脐带间充质干细胞注射液的制备
所述冻存液包括如下组分：
制备方法如实施例2，脐带间充质干细胞，浓度控制在1×107个/ml。
实施例6：脐带间充质干细胞注射液的冻存效果
将实施例1分装在冻存袋中的注射液留样进行批次检测，内毒素检测(凝 胶法)、细菌培养、病毒检测、支原体检测、乙肝表面抗原、丙肝抗体、梅毒抗 体和艾滋病抗体检测均为阴性。
经过检测的脐带间充质干细胞注射液经过程序冷冻仪进行冷冻，后放入液 氮中进行保存；同时取同样细胞量，采取常规方法(DMSO10％，胎牛血清 FBS10％，UMSC-CM2培养基80％)进行程序降温并放入液氮进行对比，验证 复苏活力。
从液氮中取出冻存24个月后的脐带间充质干细胞注射液配方的细胞冻存 袋，小心放入已经预热至37℃的水浴锅中，用镊子夹住冻存袋边角轻微调整角 度，使冻存袋受热均匀，在1-2分钟内复苏，取适量复苏后的细胞悬液进行培养， 观察细胞形态，并进行流式细胞仪鉴定；取适量复苏后的细胞悬液在体外经诱 导分化为成软骨细胞、脂肪细胞和成骨细胞，经碱性磷酸酶染色，茜素红染色、 油红“0”染色、阿利新蓝均可在镜下观察成脂、成软骨、成骨分化，验证其干 细胞能力变化。
从液氮中取出以上两种冻存配方的细胞冻存袋，每种取三袋，小心放入已 经预热至37℃的水浴锅中，用镊子夹住冻存袋边角轻微调整角度，使冻存袋受 热均匀，在1-2分钟内复苏，取适量复苏后的细胞悬液进行胎盘兰染色，进行细 胞计数，计算活率。结果如下表1。
表1 脐带间充质干细胞注射液与常规方法冻存后细胞活率的比较
脐带间充质干细胞注射液 常规冻存液 样品1 97.3％ 96.8％ 样品2 98.6％ 94.0％ 样品3 96.6％ 96.1％
从液氮中取出6个月、12个月、18个月和24个月的脐带间充质干细胞注 射液冻存配方的细胞冻存袋，每种取三袋，小心放入已经预热至37℃的水浴锅 中，用镊子夹住冻存袋边角轻微调整角度，使冻存袋受热均匀，在1-2分钟内复 苏，取适量复苏后的细胞悬液进行胎盘兰染色，进行细胞计数，计算活率。结 果如下表2。
表2 脐带间充质干细胞注射液冻存后活率的比较
时间 样品一(％) 样品二(％) 样品三(％) 平均活率(％) 6个月 94.1 98.0 96.1 96.1 12个月 93.5 93.1 97.6 94.7 18个月 92.8 93.2 90.5 92.2 24个月 91.3 94.7 89.6 91.7
如图6所示，经流式细胞仪鉴定所得结果与新鲜制备的间充质干细胞表型 一致，证实长期保存对间充质干细胞表面表型及干性无影响。如图7、8和9所 示，证明注射液中的间充质干细胞依旧保持多向分化的能力。
从表1可见，本发明所揭示的脐带间充质干细胞注射液冻存复苏后的细胞 活率与常规DMSO-胎牛血清冻存液一致，达到一样的效果，并且不含动物源， 成分清晰可控，说明本发明可以取代传统的细胞冻存液，且可在解冻复苏后直 接输注。从表2可见，本发明经过长时间保存复苏后的间充质干细胞依旧保持 较高的活力，并且达到国家要求的一般细胞治疗活率要求(≥85％)，在经过24 个月保存后，活率较6个月时下降4.4％，但仍保持91.7％的高活率，保障了治 疗效果，并且提供了长期保存及运输的可能。
实施例7：脐带间充质干细胞注射液对急性肺损伤动物模型的治疗
正常8-10周龄雌性C57BL/6小鼠(18-21g)，于屏障环境内活动，室内恒温 恒湿，人工照明12h/d，自由进食和水。动物适应性饲养1周后气管内注射内毒 素LPS。
(1)细胞治疗时效关系
动物随机分组，分别为PBS组、0.5h治疗组、4h治疗组和24h治疗组。小 鼠麻醉后，以LPS剂量为10mg/kg气管内给药造模，致伤后经尾静脉注射PBS 或2×105hUC-MSC，体积均为200μL，观察时间为48h，观察实验动物病理损 伤程度。
结果如图10所示，肺组织取材可见各时间点细胞治疗组小鼠肺组织与PBS 治疗组比较体积减小，重量减轻，出血点或出血斑明显减少。镜下见各细胞治 疗组肺出血、肺泡内渗出、中性粒细胞浸润、肺泡壁的增厚程度亦均较PBS治 疗组减轻，但各细胞治疗组之间病理组织变化及损伤评分均无明显区别，说明 在致伤后这三个时间点给予细胞治疗均有效。
(2)细胞治疗量效关系
为进一步探讨细胞移植剂量对于死亡率及肺部损伤的影响，并摸索出最佳 移植剂量，我们给予大剂量LPS(30mg/kg)造模以观察造模后分别给予PBS以及 不同剂量hUC-MSC(2×105、5×105、1×106)尾静脉移植，48h后观察实验动 物死亡率及病理损伤程度。
表3 不同移植剂量下小鼠死亡率(n＝15/组)
分组 PBS hUC-MSC 2×105 hUC-MSC 5×105 hUC-MSC 1×106 死亡率％ 46.7 33.3 53.3 66.7
结果如表3和图11所示，实验结果显示在同等造模剂量并同时给予细胞移 植情况下，hUC-MSC 2×105剂量下小鼠的死亡率较低，病理损伤也较轻，对于 急性肺损伤有明显的治疗效果，而随着干细胞移植剂量的增大，保护效果逐渐 减弱，病理损伤评分增加，甚至增加了死亡率。因此，依据实验结果来看，1× 105/kg剂量为间充质干细胞治疗急性肺损伤的安全有效剂量。
(3)细胞治疗与激素治疗疗效对比
动物随机分组，按照治疗措施不同分为4组，分别为PBS组、hUC-MSC组、 甲强龙组和hUC-MSC+甲强龙组。小鼠麻醉后，以LPS剂量为10mg/kg气管内 给药造模，致伤24h后分别经尾静脉注射PBS、2×105hUC-MSC、2mg/kg甲强 龙或2×105hUC-MSC+2mg/kg甲强龙，体积均为200μL，观察时间为48h，48h 后取肺组织、肺泡灌洗液等。
结果如图12所示，在病理损伤、肺组织水肿、渗出、肺部炎症及炎性因子 等方面hUC-MSC与甲强龙均取得了显著疗效，而hUC-MSC在控制肺水肿及渗 出方面效果甚至优于甲强龙，可见，间充质干细胞已经达到或超过传统临床激 素类药物的治疗效果，为急性肺损伤临床治疗带来了新的方法。
综上所述，从实施例1-7可以看出，本发明脐带间充质干细胞注射液无动物 血清，成分明确，安全可控，并且具备细胞冻存效果好，复苏后细胞存活率达 到95％以上，且在冻存6个月、12个月、18个月和24个月后细胞仍具有分化 功能，细胞活率仍然具有90％以上，可保证脐带间充质干细胞制剂的长期贮存 与长途运输，可大范围使用并且制剂安全，质量有保障；本发明的注射液可有 效的缓解病变肺部组织的多种损伤及炎症性症状，如肺出血、肺组织水肿、肺 泡内渗出和肺部纤维化等症状都有显著疗效，促进肺部组织的再生，从而从根 本上给予急性肺损伤以综合治疗，与临床常规治疗所使用的激素、β受体激动 剂和抗生素等相比，本发明注射液安全、无毒副作用，可更好的改善患者生存 质量与预后。。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明 并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。 所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原 料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范 围和公开范围之内。