科學(xué)家借助膠水首次實(shí)現(xiàn)造血干細(xì)胞體外千倍擴(kuò)增

來(lái)源：新浪科技綜合 發(fā)布時(shí)間：2019-06-06瀏覽：3012次

科學(xué)家借助膠水首次實(shí)現(xiàn)造血干細(xì)胞體外千倍擴(kuò)增

　　幾十年來(lái)，科學(xué)家都在追求能夠在體外大量擴(kuò)增造血干細(xì)胞（HSC）的辦法。

　　造血干細(xì)胞移植是血液腫瘤等血液病的終極解決方案，也與近幾年火熱的基因治療相關(guān)。但造血干細(xì)胞擴(kuò)增之難始終局限著臨床應(yīng)用。

　　如今這個(gè)問(wèn)題有了一個(gè)意想不到的解答。美日兩國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)聯(lián)手發(fā)現(xiàn)，阻礙造血干細(xì)胞擴(kuò)增的是培養(yǎng)基中存在的血清白蛋白，將其替換為一種高分子材料聚乙烯醇（PVA）即可令造血干細(xì)胞持續(xù)自我更新。在最優(yōu)培養(yǎng)條件下，小鼠造血干細(xì)胞在28天內(nèi)擴(kuò)增了近千倍！

　　該論文發(fā)表在近期的《自然》雜志上[1]，通訊作者是斯坦福大學(xué)遺傳學(xué)教授中內(nèi)啟光（Hiromitsu Nakauchi）和東京大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)副教授山崎聰（Satoshi Yamazaki）。

　　多能自我更新造血干細(xì)胞移植后可以再生造血系統(tǒng)，是免疫缺陷、白血病在內(nèi)多種疾病的治療方法，即我們常說(shuō)的骨髓移植。

　　但這種療法有個(gè)問(wèn)題。造血干細(xì)胞數(shù)量稀少，為了保證穩(wěn)定定植，需要對(duì)患者進(jìn)行放射或化學(xué)療法事先清除原有的造血干細(xì)胞，也就是俗稱的“清髓”。這一方面是為了給“新來(lái)的”供體細(xì)胞提供居住空間，一方面也是為了抑制免疫功能，避免它們誤殺外來(lái)者。

　　但清髓談何容易，免疫抑制、發(fā)育遲緩、不育、繼發(fā)性癌癥等副作用虎視眈眈，更別說(shuō)有些體質(zhì)較弱或年紀(jì)較大的患者根本無(wú)法耐受，自然也就沒(méi)法做骨髓移植。

　　長(zhǎng)時(shí)間里，科學(xué)家們一直在猜測(cè)，是不是一次性移植大量的造血干細(xì)胞，采用“人海戰(zhàn)術(shù)”就能夠避免清髓的必要呢？

　　驗(yàn)證這個(gè)猜想很難，追根究底，問(wèn)題在于，造血干細(xì)胞太難養(yǎng)了。

　　體外培養(yǎng)造血干細(xì)胞，情況與體內(nèi)十分不同。就算用再昂貴的培養(yǎng)基，造血干細(xì)胞永遠(yuǎn)不肯乖乖自我更新，而是很快就分化成前體細(xì)胞、失去干性。科學(xué)家們幾十年里一直在研究骨髓微環(huán)境[2]，試圖破解造血干細(xì)胞穩(wěn)定擴(kuò)增的奧秘，但至今還沒(méi)人能搞定這個(gè)難題[3]。

　　到底是哪里不行？

　　研究者們分析了培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)基成分的變化，發(fā)現(xiàn)大量細(xì)胞因子的出現(xiàn)促進(jìn)了干細(xì)胞的分化，而這些細(xì)胞因子的組成，看起來(lái)非常像是發(fā)生了先天性免疫反應(yīng)。研究者向培養(yǎng)基中添加了地塞米松，細(xì)胞因子便減少了。

　　經(jīng)過(guò)進(jìn)一步分析，研究者發(fā)現(xiàn)，沒(méi)錯(cuò)，培養(yǎng)基是被“污染”了，壞事兒的居然是培養(yǎng)基中的一種常見(jiàn)成分——人血清白蛋白（HSA）。

　　難怪以前的研究都不成功！

　　既然這樣，把HSA替換掉應(yīng)該就可以了！HSA在培養(yǎng)基中主要是起到載體的作用，研究者測(cè)試了11種高分子化合物，篩選出唯一一種能夠支持造血干細(xì)胞生長(zhǎng)和維持干性的物質(zhì)，聚乙烯醇（PVA）。

　　值得一提的是，PVA培養(yǎng)出的造血干細(xì)胞，在移植實(shí)驗(yàn)中甚至還比HSA培養(yǎng)出的活性更強(qiáng)一些。

　　這個(gè)PVA是什么神物？其實(shí)PVA還蠻常見(jiàn)的，比如醫(yī)療用的水性凝膠、傷口敷料，各種化妝品的成膜劑，工業(yè)建筑材料，可降解生物膜之類。當(dāng)然，最常見(jiàn)的還是下面這個(gè)東西——膠水。

　　事實(shí)上，在日本媒體的采訪中，山崎副教授確實(shí)提到，用便利店買的液體膠做實(shí)驗(yàn)也成功了……

　　#當(dāng)然我們不建議用便利店售材料養(yǎng)細(xì)胞

　　##山崎老師這種話怎么可以告訴媒體辣

　　研究者確定了最佳的條件為100 ng/ml血小板生成因子（TPO），10 ng/ml干細(xì)胞因子（SCF），87%水解PVA，纖連蛋白培養(yǎng)。在這個(gè)條件下，50個(gè)小鼠造血干細(xì)胞28天后數(shù)量足足增長(zhǎng)了8000倍！

　　這些細(xì)胞中造血干細(xì)胞頻率大約為1：34.3，也就是差不多35個(gè)細(xì)胞中有一個(gè)是功能性造血干細(xì)胞，相當(dāng)于28天培養(yǎng)出了12000個(gè)造血干細(xì)胞。與既往研究給出的數(shù)據(jù)[4]比較，可知造血干細(xì)胞本身的擴(kuò)增大約在236倍到899倍之間。

　　在實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)持續(xù)到57天，細(xì)胞仍可保持干細(xì)胞活性和相關(guān)表型，也未出現(xiàn)衰老征兆。

　　不過(guò)和前人的認(rèn)知一樣[5]，造血干細(xì)胞具有明顯的功能異質(zhì)性。研究者觀察到，某些單個(gè)造血干細(xì)胞只能夠產(chǎn)生不到100個(gè)細(xì)胞，另外一些則能夠產(chǎn)生50萬(wàn)以上。

　　那么“人海戰(zhàn)術(shù)”能幫我們告別清髓嗎？

　　研究者把擴(kuò)增后的造血干細(xì)胞直接移植給小鼠，包括免疫功能正常的和缺陷的。雖然未經(jīng)清髓處理，但最后小鼠都生長(zhǎng)出了來(lái)自自體和供體兩者的血液/免疫細(xì)胞，證明移植成功了。

　　除了在骨髓抑制方面的應(yīng)用之外，中內(nèi)教授還提到，如果在培養(yǎng)過(guò)程中使用CRISPR等基因編輯技術(shù)修正遺傳缺陷，那么患者用自己的細(xì)胞來(lái)進(jìn)行基因治療也是很可行的[6]。

　　山崎副教授在采訪中說(shuō)；“大規(guī)模培養(yǎng)能夠消除臍帶血和造血干細(xì)胞短缺的問(wèn)題，也能夠減輕骨髓抑制的負(fù)擔(dān)。”如果其他干細(xì)胞也能夠用同樣的辦法培養(yǎng)，“它可能會(huì)為再生醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)研究做出巨大的貢獻(xiàn)。”