用“胶水”批量生产造血干细胞

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  用“胶水”批量生产造血干细胞  
   
  
  

  

  科学家培育出大量HSCs。图片来源：《自然》

  利用在胶水中发现的一种令人惊讶的简单成分，研究人员成功在实验室中培育出大量造血干细胞（HSCs）。在注射到小鼠体内后，这些细胞开始产生血液的关键成分。

  加拿大多伦多玛格丽特王子癌症中心干细胞生物学家John Dick说：“这一发现非常出人意料，令人兴奋。”

  如果这项技术能够应用于人类，就可以用来培育HSCs，用于免疫系统已被化疗破坏的白血病等血癌患者的治疗。这种方法还可以为治疗镰状细胞疾病等血液病患者提供一种更安全的方法，目前他们在接受骨髓移植前必须进行高风险手术。

  数十年来，研究人员一直试图在实验室中培养大量具有“生血”功能的HSCs，这些干细胞可自我再生，并产生其他血液成分。但在此之前，尚未有人培育出在重新植入人体时，能可靠移植或开始生成血细胞所需的HSCs数量。

  干细胞生物学家Hiromitsu Nakauchi带领日本东京大学和美国加州斯坦福大学的研究团队，在5月29日发表于《自然》杂志的文章中报告了如何成功将HSCs移植到小鼠体内。研究人员首先在一个月内将一组小鼠HSCs扩展到原来水平的近900倍，然后将其移植到另一组小鼠体内，这些细胞在那里很好地发育，并变成血液成分。“这一直是我的人生目标。”Nakauchi说。

  动物的免疫系统通常会试图破坏与基因不匹配的供体细胞。这就是为什么在大多数移植之前，必须消除或抑制免疫系统的原因。但Nakauchi把这些细胞注射到免疫系统完好的健康小鼠体内时，它们会大量繁殖，他说，这可能是因为植入了大量细胞。Nakauchi正致力于将这项技术用于生长人类HSCs。

  马萨诸塞州波士顿哈佛医学院干细胞生物学家George Daley说，这项研究提供了迄今为止最好的证据，证明实验室培养的HSCs可以存活几天以上，并且在重新植入体内后被“嫁接”。“这些成果令人印象深刻。”他说。

  “这种水平的增长可能会对临床产生巨大影响。”纽约市阿尔伯特·爱因斯坦医学院血液学家Paul Frenette说。

  研究人员千方百计寻找在实验室中大量培养HSCs的方法，他们曾尝试使用生长因子，但没有取得成功。Nakauchi发现，这些细胞无法存活的原因是细胞生长介质中的杂质—— 一种叫作白蛋白的人类血液蛋白质。Nakauchi说，这些杂质主要是免疫细胞释放的蛋白质，它们阻止了细胞的生长。“多少金钱、时间和精力就因为这些杂质而被浪费了！”

  Nakauchi筛选了一系列可以替代白蛋白的聚合物，进而发现胶水中经常用的一种叫作聚乙烯醇（PVA）的合成化合物可以发挥作用。PVA还被用于培养胚胎和胚胎干细胞。“这太简单了。人们去趟超市就能买到胶水。”他说，不过实验室生产的PVA比超市生产的效果更好，而且监管机构认为这种用于药物片剂包衣的聚合物是无毒的。

  温哥华Terry Fox实验室干细胞和癌症研究专家Connie Eaves和其他人对尝试这项技术非常热心。但Eaves警告说，目前还不清楚它是否会对人体细胞起作用。

  Nakauchi的发现可能会重新引起人们对HSCs另一来源的关注。2017年，Daley将人类皮肤细胞重新编程为诱导多能干细胞（iPS），然后培育成非常接近HSCs的细胞。与通过捐赠者骨髓移植获得HSCs相比，使用iPS制造这种细胞的优势在于，它们可以由病人自己的细胞来制造，而不需要基因匹配的供体。但Daley一直苦于如何在实验室里大量培育这种细胞。Nakauchi的方法可以解决这一问题。他说：“如果这种方法适用于人类细胞，它将非常有用。”

  Nakauchi的研究小组还证明，小鼠可以在不事先经历破坏或抑制其免疫系统的情况下，接受供体HSCs。

  患有镰状细胞病等遗传性血液疾病的人有时需要接受来自捐赠者的骨髓移植治疗。但由于捐助者甚至兄弟姐妹的基因，都可能不匹配，患者必须首先进行调节，以阻止身体排斥供体细胞。但这种调节增加了供体HSCs攻击宿主组织的风险，从而造成潜在的致命疾病。它还会让人不育以及阻碍儿童生长。

  利用HSCs研究基因疗法的专家、意大利米兰圣拉斐尔医院的Luigi Naldini说，通过移植“大剂量”HSCs减少调节需求的想法很有吸引力，但需要进一步的测试，首先通过小鼠，然后是人体。