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造血干細(xì)胞（HSC）是骨髓中重要的未成熟血細(xì)胞，經(jīng)觸發(fā)后可分化為任何血細(xì)胞類型。造血干細(xì)胞移植可用于治療骨髓受損并不再能產(chǎn)生健康血細(xì)胞的疾病，但造血干細(xì)胞的廣泛和安全使用受到實(shí)驗(yàn)室（即體外）細(xì)胞生長(zhǎng)和擴(kuò)增障礙的限制。如今，在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自日本筑波大學(xué)、東京大學(xué)和慶應(yīng)義塾大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的研究人員建立了一種支持造血干細(xì)胞在體外長(zhǎng)期擴(kuò)增的新型培養(yǎng)系統(tǒng)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2023年3月2日的Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Chemically defined cytokine-free expansion of human haematopoietic stem cells”。

人類造血干細(xì)胞經(jīng)常很容易從臍帶血中獲得，但這產(chǎn)生的造血干細(xì)胞數(shù)量不足，無(wú)法進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊浦病ｋm然體外造血干細(xì)胞擴(kuò)增顯然是必要的，但這個(gè)目標(biāo)一直難以實(shí)現(xiàn)。在以前的研究中，稱為細(xì)胞因子的細(xì)胞信號(hào)分子和一種稱為白蛋白（albumin）的蛋白經(jīng)常被用來(lái)刺激造血干細(xì)胞的擴(kuò)增，但只能導(dǎo)致短期的擴(kuò)增。

論文共同通訊作者Satoshi Yamazaki教授解釋說(shuō)，“其他團(tuán)隊(duì)使用新的方法進(jìn)行造血干細(xì)胞體外擴(kuò)增，包括在細(xì)胞培養(yǎng)基中加入小分子、某些水凝膠、各種生長(zhǎng)因子或小分子抑制劑，顯示了有希望的結(jié)果?！?/p>

雖然細(xì)胞因子曾被認(rèn)為是體外造血干細(xì)胞生長(zhǎng)所不可或缺的，但是在這項(xiàng)新的研究中，這些作者猜測(cè)還有其他合適的替代方法。從小鼠造血干細(xì)胞開始，他們之前發(fā)現(xiàn)白蛋白可以被一種合成聚合物取代。這不僅克服了與白蛋白有關(guān)的在不同實(shí)驗(yàn)中使用的批次之間的差異性問(wèn)題，而且還防止了通常出現(xiàn)的雜質(zhì)的消極影響。

開發(fā)出化學(xué)成分確定的無(wú)細(xì)胞因子培養(yǎng)基用于體外擴(kuò)增人類造血干細(xì)胞。圖片來(lái)自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05739-9。

當(dāng)這些作者將這種方法應(yīng)用于人類造血干細(xì)胞時(shí)，他們注意到它們的增殖能力不如小鼠造血干細(xì)胞強(qiáng)。經(jīng)過(guò)分子分析，他們觀察到稱為PI3K和AKT的重要信號(hào)分子的活性下降。為了解決這個(gè)問(wèn)題，他們發(fā)現(xiàn)加入激活PI3K和AKT的化學(xué)物可以明顯改善人類造血干細(xì)胞的生長(zhǎng)。

Yamazaki教授說(shuō)，“我們還發(fā)現(xiàn)添加一種稱為butyzamide的受體激動(dòng)劑可以刺激造血干細(xì)胞增殖，為過(guò)去通常使用的細(xì)胞因子提供了一個(gè)很好的替代?！?/p>

添加一種名為UM171的化合物，以及一種特定的聚合物，通過(guò)支持長(zhǎng)期造血干細(xì)胞的擴(kuò)增來(lái)改善結(jié)果。利用一種稱為RNA測(cè)序的技術(shù)，這些作者確認(rèn)了這種體外擴(kuò)增系統(tǒng)對(duì)單個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)的成功影響。此外，通過(guò)將體外擴(kuò)增的造血干細(xì)胞移植到小鼠體內(nèi)，他們發(fā)現(xiàn)這種新培養(yǎng)系統(tǒng)擴(kuò)增的造血干細(xì)胞在小鼠體內(nèi)成功定植和生長(zhǎng)。

鑒于人類造血干細(xì)胞體外擴(kuò)增的重要性，這種新建立的系統(tǒng)使用最佳的化學(xué)成分確定的細(xì)胞培養(yǎng)基，從而為使用典型的含細(xì)胞因子培養(yǎng)基的系統(tǒng)提供了合適的替代方案。這項(xiàng)新的研究可能有助于推進(jìn)臨床開發(fā)中的多種造血干細(xì)胞相關(guān)療法，并有可能拯救生命。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Masatoshi Sakurai et al. Chemically defined cytokine-free expansion of human haematopoietic stem cells. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05739-9.

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