幹細胞培養製造技術新進展
幹細胞是一種能夠長期存活，且具有不斷自我繁殖能力和多向化潛能，幾乎存在於所有組織中的原始細胞。近年來隨著科學家們研究的深入，幹細胞在血液系統疾病、神經系統疾病、心血管疾病、自身免疫系統疾病以及內分泌疾病等各種疾病的治療上讓人們看到了希望。
幹細胞技術是當今醫學研究最前沿也是最熱門的方向之一，近年來發展迅猛，也取得了令人興奮的成果；同時科學家們在幹細胞的培養製造上也取得了巨大的成就，近日刊登在Cell Stem Cell上的一項研究報告中，來自麻省總醫院的科學家就開發出了一種新程序，該程序或許會徹底改變成人幹細胞的培養程序。
本文中，小編就對幹細胞製造培養的新技術或進展進行了盤點，與大家一起分享。
【1】SCTM：首次開發出生產成體幹細胞的方法
doi：10.5966/sctm.2011-0022
澳大利亞昆士蘭大學科學家在世界上首次開發出生產成體幹細胞的方法，這一研究成果將深刻影響著患有一系列嚴重性疾病的病人。
這項研究是包括昆士蘭大學澳大利亞生物工程和納米技術研究所在內的多家研究機構合作開展的，由昆士蘭大學臨床研究中心教授Nicholas Fisk領導。
間充質幹細胞(mesenchymal stem cells， MSCs)能夠被用來修復骨骼和潛在性地修復其他器官。這項研究揭示一種生產間充質幹細胞的新方法。
Fisk教授說，「我們使用一種小分子SB431542---一種轉化生長因子β (transforming growth factor-β， TGF-β)途徑抑制劑---誘導胚胎幹細胞10天(就可產生間充質幹細胞)，產生速度要比文獻中報道的其他研究快得多。這種技術也可適用於較少引起爭議的誘導性多功能幹細胞(induced pluripotent stem cell， iPSC)。」
【2】Biofabrication：三維列印人胚胎幹細胞取得重大突破
DOI：10.1088/1758-5082/5/1/015013
在一項新的研究中，來自蘇格蘭的一個研究小組首次使用一種新的三維列印技術來排布人胚胎幹細胞(human embryonic stem cells， hESCs).相關研究結果於2013年2月5日發表在Biofabrication期刊上，論文標題為"Development of a valve-based cell printer for the formation of human embryonic stem cell spheroid aggregates".這一突破有望允許人們利用hESCs構建三維組織和結構，從而加快和改善藥物測試過程.
在生物製造領域，通過結合人工固體結構和細胞來製造三維組織和器官在最近幾年取得巨大進展.然而，在大多數之前的研究中，動物細胞被用來測試不同的列印方法以便製造這些結構.
論文共同作者、蘇格蘭赫瑞瓦特大學研究員Will Wenmiao Shu博士後說，"據我們所知，這是第一次列印hESCs.利用hESCs製造三維結構將允許我們構建出更準確的人組織模型，而這些人組織模型是在體外進行藥物開發和毒性測試所必需的.因為大多數藥物開發都是針對人類疾病，所以使用人組織是有道理的."
長期而言，這種新的列印方法可能為整入hESCs到人工構建的器官和組織奠定基礎，其中這些人工器官和組織準備被移植到患有不同疾病的病人體內。
【3】Biofabrication：手持式3D「列印筆」可高效列印出人類幹細胞
doi：10.1088/1758-5090/8/1/015019
近日，刊登於國際雜誌Biofabrication上的一項研究報告中，來自澳大利亞的研究人員通過研究，利用一種手持式的3D列印筆在自由模式下成功繪製出了具有較高生存率的人類幹細胞。研究者開發的這種新型設備可以幫助外科醫生在手術期間進行個性化的軟骨移植。
研究者指出，利用水凝膠式的「生物墨水」來攜帶並且支持人類幹細胞生長，並且利用較低的光源來凝固「生物墨水」這種列印筆運輸的幹細胞的存活率就會超過97%。而這種新型的3D列印筆同時也為組織工程學研究帶來極大幫助，比如其可以逐層列印出細胞，用來構建可供移植的人工組織。
但在某些情況下，比如進行軟骨修復的過程中，植入物的精確幾何學特性或許就不能夠被精確應用於外科手術中，這就使得進行人工軟骨組織移植物的前準備工作變得複雜而且困難；新型列印筆的作用就好像外科醫生的手一樣，可以將定做好的支架或移植物準確填入患者機體缺失的部位。研究者Choong教授說道，這種新型設備的開發是科學家和臨床醫生共同努力的成果，對於改善研究以及患者的治療將帶來空前的改變。
【4】Nature Materials：將細胞「擠壓」成為幹細胞
DOI：10.1038/nmat4536
瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）科學家們最近開發出一種新的方法，幫助細胞變成可用的幹細胞。這種方法涉及使用凝膠來"擠壓"細胞，為大規模生產醫學用途的幹細胞鋪平了道路。
幹細胞目前處於現代醫學的前沿。它們能夠轉化為不同器官的細胞，有望為治療一系列損傷和疾病提供新的方法。但以標準化的方式生產正確類型的幹細胞仍然是一個嚴峻的挑戰。EPEL科學家們開發出一種凝膠，通過三維"擠壓"細胞成型，提升細胞重編程為幹細胞的能力。這項研究2016年1月11日在線發表於《Nature Materials》期刊，新技術還可以輕鬆地擴大幹細胞生產，工業規模地進行各種應用。
幹細胞有不同的類型，其中特別吸引醫學興趣的是"誘導多能幹細胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）"。這些幹細胞源於基因重編程的成熟、成人細胞，表現為幹細胞樣。iPSCs可以再生為一系列不同的細胞類型，比如肝、胰、肺、皮膚等細胞。
【5】Cell Stem Cell：開發出在體外長期培養成體幹細胞的方法
doi：10.1016/j.stem.2016.05.012
在一項新的研究中，來自美國麻省總醫院（MGH）等機構的研究人員開發出的一種新方法可能引發成體幹細胞培養領域變革。研究人員描述了獲得來自在日常治療肺部疾病期間收集的各種組織樣品中的氣道幹細胞（airway stem cell），並對它們進行增殖。這種方法似乎也可用於幾種其他的組織，如皮膚、胃腸道內壁和生殖道。相關研究結果於2016年6月16日在線發表在Cell Stem Cell期刊上，論文標題為「Dual SMAD Signaling Inhibition Enables Long-Term Expansion of Diverse Epithelial Basal Cells」。
「這種新方法為研究哮喘或慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease， COPD）等任何一種氣道疾病開闢了新途徑」，論文通信作者、MGH再生醫學中心科學家、哈佛醫學院醫學副教授Jayaraj Rajagopal博士說，「儘管我們在過去僅能夠允許成體幹細胞增殖幾代，但是如今我們能夠在多家實驗室持續幾年培養出足夠多的成體幹細胞用於實驗。我們的方法也是非常簡單的，避免了之前培養系統的複雜性，使得很多實驗室更容易採用它。」
【6】Nat Commun：三種幹細胞製造技術被證安全
doi：10.1038/ncomms10536
在一項新的研究中，來自美國斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute， TSRI）和克雷格文特爾研究所（J. Craig Venter Institute， JCVI）等多家機構的研究人員證實製造臨床使用的多能幹細胞的方法不可能將致癌基因突變傳遞給患者。相關研究結果於2016年2月19日發表在Nature Communications期刊上，論文標題為「Whole-genome mutational burden analysis of three pluripotency induction methods」。這項研究是評估快速發展中的幹細胞療法對病人安全性的重要一步。
這項新的研究著重關注在病人體內使用誘導性多能幹細胞（iPSCs）的安全性。因為iPSCs能夠分化成體內任何一種類型的細胞，它們有潛力修復因擦傷或諸如帕金森病和多發性硬化症之類的疾病帶來的損傷。
與JCVI 人類生物學部門主任Nicholas J. Schork 教授一起領導這項新研究的TSRI發育神經生物學教授Jeanne Loring說，「我們想知道對細胞進行重編程是否讓它們容易發生突變。答案是『不』。」
【7】Nature：救命！科學家發現生長造血幹細胞的新方法
DOI：10.1038/nature17665
麥克馬斯特大學幹細胞和癌症研究所（McMaster University s Stem Cell and Cancer Research Institute）研究人員在理解人類血液系統幹細胞方面取得了重大進步，他們發現了一種關鍵蛋白質如何允許這些細胞更好的控制和再生。
這項研究最新發表於《Nature》期刊，闡明了一種被稱為Musashi-2的蛋白質如何調節重要造血幹細胞的功能和發育。
研究發現提供能夠被用於控制這些幹細胞生長的新策略。這些細胞可用於治療一系列致命疾病，但通常非常短缺。
該研究資深作者Kristin Hope是幹細胞和癌症研究所首席研究員、麥克馬斯特大學生物化學和生物醫學科學系助理教授。其他合作者還包括來自加州大學聖迭戈分校、多倫多大學和蒙特利爾大學的研究人員。
Hope表示，這一發現可能對成千上萬遭受一系列血液疾病侵襲的患者產生深遠的影響，包括白血病、淋巴瘤、再生障礙性貧血、鐮狀細胞病等。
【8】PNAS：科學家研發出首個成體誘導性專能幹細胞
4月4日，來自於新南威爾士大學（UNSW）的研究團隊在頂級期刊PNAS上發表一篇文章，首次開發出一個革命性幹細胞修復技術。該技術能夠成功將脂肪和骨骼細胞重新誘導成專能幹細胞，並有望應用於包括脊柱損傷、骨折在內的人體損傷治療中。
這一技術類似於蠑螈肢體再生，其最突出的成就在於，將成體細胞轉變成誘導性專能幹細胞（iMS cells），而且iMS細胞具備自我更新、分化成多種類型的細胞的功能。這種iMS細胞能夠治療因為疾病、衰老或者外傷引發的人體損傷，將革新再生醫學治療機體損傷的現狀。
首個誘導性專能成體幹細胞（iMS）：能夠自我更新修復、分化成多類型細胞。
根據所處發育階段，幹細胞可分為胚胎幹細胞（ES cells，具有分化成完整個體的能力）和成體幹細胞（somaticstem cells）兩種。而成體幹細胞具有分化成特定細胞的功能，並不能夠分化成多種細胞類型。而PNAS發表的這一最新技術的突破性在於，誘導性專能幹細胞能夠分化成多類型的細胞。
【9】PNAS：成體脂肪細胞能夠分化形成多能性幹細胞，或可用於組織損傷修復
新聞閱讀：New stem cell treatment using fat cells could repair any tissue in the body
澳大利亞科學家們首次通過將成體骨骼或者脂肪細胞進行重編程，獲得能夠分化成任何組織的幹細胞，從而修復機體的受損組織器官。
這些研究者們根據"蜥蜴能夠再生四肢"這一現象獲得靈感，開發出能夠將成體細胞回歸幹細胞狀態的技術並且獲得分裂與多向分化的潛能--即多能性幹細胞。這意味著這部分細胞能夠修復機體的任何部位的損傷：包括脊髓、關節以及肌肉退化等等。該研究的意義在於，此前從未有成功將成體幹細胞分化成多種類型的組織的報道。
"這一技術在幹細胞治療領域屬於革命性的進步，此前從未有證據證明成體幹細胞能夠直接分化形成組織"。來自新南威爾士州大學的首席研究員John Pimanda說道。"我們目前正在研究成體的脂肪細胞能夠通過重編程技術成為誘導型多能性幹細胞，進而修復小鼠的組織損傷。預計2017年能夠進入臨床試驗"。
【10】Nature：重大突破！首次製造出人單倍體胚胎幹細胞！
doi：10.1038/nature17408
在一項新的研究中，來自以色列耶路撒冷希伯來大學、美國哥倫比亞大學醫學中心和紐約幹細胞基金會研究所的研究人員成功地產生一種新類型的胚胎幹細胞，它只攜帶單拷貝人類基因組，而不是通常在正常幹細胞中發現的兩個拷貝人類基因組。相關研究結果於2016年3月16日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Derivation and differentiation of haploid human embryonic stem cells」。
這項研究中描述的這種單倍體胚胎幹細胞是首個已知的能夠通過細胞分裂產生攜帶親本細胞基因組單拷貝的人子細胞。
人類細胞被認為是雙倍體的，這是因為它們遺傳兩套染色體，總共46條染色體，其中23條來自母親，23條來自父親。唯一的例外就是生殖細胞（卵子和精子），它們是單倍體細胞，含有一套染色體，即23條染色體。這些單倍體細胞不能通過分裂產生更多的卵子和精子。
之前利用人卵細胞產生胚胎幹細胞的努力可導致雙倍體幹細胞產生。在這項研究中，研究人員促進未受精的人卵細胞發生分裂。他們然後利用一種熒光染料標記DNA，分離出這些單倍體胚胎幹細胞，其中它們散落在更多的二倍體細胞中間。（生物谷Bioon.com）
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