科學家藉助膠水首次實現造血幹細胞體外千倍擴增

　　來源：奇點網

　　幾十年來，科學家都在追求能夠在體外大量擴增造血幹細胞（HSC）的辦法。

　　造血幹細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。但造血幹細胞擴增之難始終局限著臨床應用。

　　如今這個問題有了一個意想不到的解答。美日兩國科學家團隊聯手發現，阻礙造血幹細胞擴增的是培養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）即可令造血幹細胞持續自我更新。在最優培養條件下，小鼠造血幹細胞在28天內擴增了近千倍！

　　該論文發表在近期的《自然》雜誌上[1]，通訊作者是斯坦福大學遺傳學教授中內啟光（Hiromitsu Nakauchi）和東京大學幹細胞生物學副教授山崎聰（Satoshi Yamazaki）。

圖源 | nature.com

　　多能自我更新造血幹細胞移植後可以再生造血系統，是免疫缺陷、白血病在內多種疾病的治療方法，即我們常說的骨髓移植。

　　但這種療法有個問題。造血幹細胞數量稀少，為了保證穩定定植，需要對患者進行放射或化學療法事先清除原有的造血幹細胞，也就是俗稱的「清髓」。這一方面是為了給「新來的」供體細胞提供居住空間，一方面也是為了抑制免疫功能，避免它們誤殺外來者。

　　但清髓談何容易，免疫抑制、發育遲緩、不育、繼發性癌症等副作用虎視眈眈，更別說有些體質較弱或年紀較大的患者根本無法耐受，自然也就沒法做骨髓移植。

圖源 | pixabay

　　長時間裡，科學家們一直在猜測，是不是一次性移植大量的造血幹細胞，採用「人海戰術」就能夠避免清髓的必要呢？

　　驗證這個猜想很難，追根究底，問題在於，造血幹細胞太難養了。

　　體外培養造血幹細胞，情況與體內十分不同。就算用再昂貴的培養基，造血幹細胞永遠不肯乖乖自我更新，而是很快就分化成前體細胞、失去乾性。科學家們幾十年里一直在研究骨髓微環境[2]，試圖破解造血幹細胞穩定擴增的奧秘，但至今還沒人能搞定這個難題[3]。

　　到底是哪裡不行？

　　研究者們分析了培養過程中培養基成分的變化，發現大量細胞因子的出現促進了幹細胞的分化，而這些細胞因子的組成，看起來非常像是發生了先天性免疫反應。研究者向培養基中添加了地塞米松，細胞因子便減少了。

細胞因子的變化顯示，有炎症反應

　　經過進一步分析，研究者發現，沒錯，培養基是被「污染」了，壞事兒的居然是培養基中的一種常見成分——人血清白蛋白（HSA）。

　　難怪以前的研究都不成功！

　　既然這樣，把HSA替換掉應該就可以了！HSA在培養基中主要是起到載體的作用，研究者測試了11種高分子化合物，篩選出唯一一種能夠支持造血幹細胞生長和維持乾性的物質，聚乙烯醇（PVA）。

　　值得一提的是，PVA培養出的造血幹細胞，在移植實驗中甚至還比HSA培養出的活性更強一些。

移植實驗：PVA，強，無敵！

　　這個PVA是什麼神物？其實PVA還蠻常見的，比如醫療用的水性凝膠、傷口敷料，各種化妝品的成膜劑，工業建築材料，可降解生物膜之類。當然，最常見的還是下面這個東西——膠水。

圖源 | 我自己

　　事實上，在日本媒體的採訪中，山崎副教授確實提到，用便利店買的液體膠做實驗也成功了……

　　#當然我們不建議用便利店售材料養細胞

　　##山崎老師這種話怎麼可以告訴媒體辣

　　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幹細胞因子（SCF），87%水解PVA，纖連蛋白培養。在這個條件下，50個小鼠造血幹細胞28天後數量足足增長了8000倍！

　　這些細胞中造血幹細胞頻率大約為1：34.3，也就是差不多35個細胞中有一個是功能性造血幹細胞，相當於28天培養出了12000個造血幹細胞。與既往研究給出的數據[4]比較，可知造血幹細胞本身的擴增大約在236倍到899倍之間。

　　在實驗中，培養持續到57天，細胞仍可保持幹細胞活性和相關表型，也未出現衰老徵兆。

厲害，時間真的長

　　不過和前人的認知一樣[5]，造血幹細胞具有明顯的功能異質性。研究者觀察到，某些單個造血幹細胞只能夠產生不到100個細胞，另外一些則能夠產生50萬以上。

　　那麼「人海戰術」能幫我們告別清髓嗎？

　　研究者把擴增後的造血幹細胞直接移植給小鼠，包括免疫功能正常的和缺陷的。雖然未經清髓處理，但最後小鼠都生長出了來自自體和供體兩者的血液/免疫細胞，證明移植成功了。

　　除了在骨髓抑制方面的應用之外，中內教授還提到，如果在培養過程中使用CRISPR等基因編輯技術修正遺傳缺陷，那麼患者用自己的細胞來進行基因治療也是很可行的[6]。

　　山崎副教授在採訪中說；「大規模培養能夠消除臍帶血和造血幹細胞短缺的問題，也能夠減輕骨髓抑制的負擔。」如果其他幹細胞也能夠用同樣的辦法培養，「它可能會為再生醫學和基礎研究做出巨大的貢獻。」

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