• 06-012019
  • 美日科学家在实验室里大量生产血液干细胞

    东京大学和加利福尼亚斯坦福大学的干细胞生物学家中海弘明带领他的研究人员利用一种在胶水中发现的非常简单的成分,在实验室中成功地培育出大量的造血干细胞。当注射到小鼠体内时,这些细胞可以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的干细胞生物学家约翰·迪克说:“这一发现出乎意料,令人兴奋。”

    如果这项技术可以应用于人类,它可以用来培育血液干细胞,用于免疫系统已被化疗破坏的患有白血病等血癌的患者。这种方法还可以提供一种更安全的方法来治疗患有其他血液疾病的人,如镰状细胞病,他们在接受骨髓移植前也必须接受危险的化疗。

    几十年来,研究人员一直试图在实验室中培养大量的能够自我再生并产生其他血液成分的造血干细胞。但到目前为止,还没有人能够产生当重新进入人体时有足够数量的能够可靠地植入或开始产生血细胞的造血干细胞。

    干细胞生物学家中海弘明(Hiromitsu Nakauchi)是东京大学和加利福尼亚斯坦福大学的研究小组的负责人,他于5月29日在《自然》杂志上报道了他的研究小组如何成功地将造血干细胞移植到小鼠体内。研究人员首先在一个月内将一组小鼠造血干细胞扩大到原来水平的近900倍,然后将它们移植回另一组小鼠体内,在那里它们繁衍并发育成血液成分。中海弘明说“这是我人生的目标”。

    通常,动物的免疫系统会试图破坏与自身基因不匹配的供体细胞。这就是为什么在大多数移植前患者的免疫系统必须被消除或抑制的原因。但是当中海弘明将这些细胞注射到免疫系统完好的健康小鼠体内时,这些细胞却会蓬勃发展,他说,这可能是因为引入的细胞量特别大。中海弘明目前正致力于将该技术应用于人类造血干细胞的生长。

    也致力于扩大造血干细胞的马萨诸塞州波士顿哈佛医学院的干细胞生物学家George Daley说,这项研究为证明实验室培养的造血干细胞可以存活几天以上,并在重新植入人体后进行嫁接提供了最好的证据。“这些数据令人印象深刻,”他说。

    纽约市阿尔伯特爱因斯坦医学院的血液学家保罗·弗雷内特说:“这种程度的扩张可能对临床产生巨大的影响。”

    神奇材料

    研究人员在实验室里寻找大量生长造血干细胞的方法,尝试使用生长因子,但没有取得太大的成功。但是中海弘明发现,细胞不能存活的原因是细胞生长介质中的杂质,一种叫做白蛋白的人体血液蛋白。中海弘明说,这些杂质,主要是免疫细胞释放的蛋白质,阻止了细胞的生长。“这些杂质浪费了多少金钱、时间和精力啊!”他说。

    中海弘明筛选了一系列他认为可以取代白蛋白的聚合物,并发现一种通常用于胶水的合成化合物聚乙烯醇(PVA)起到了关键作用。聚乙烯醇也被用来培养胚胎和胚胎干细胞。“这很容易。人们可以去西夫韦买胶水,” 中海弘明说。他说,实验室版本的聚乙烯醇比超市的更有效,这种用于给药片涂层的聚合物被监管机构认为是无毒的。

    加拿大温哥华特里福克斯实验室的干细胞和癌症研究人员康妮·艾夫斯和其他人都热衷于尝试这项技术。但艾夫斯警告说,目前还不清楚它是否能与人类细胞协同工作。

    中海弘明的发现可能会重新引起对另一种造血干细胞来源的关注。2017年,戴利将人类皮肤细胞重新编程为诱导的多能干细胞(ips),然后发展成与造血干细胞非常接近的细胞。使用ips细胞制造造血干细胞比从捐赠者的骨髓移植中获得它们的优势在于,它们可以从患者自己的细胞中制造,从而消除了对基因匹配的捐赠者的需求。George Daley的实验室一直在努力研究如何大量的培养这些细胞,中海弘明的方法可以改变这种情况。他说:“如果这种方法适用于人类细胞,可能会非常有帮助。”

    避免化疗

    中海弘明的研究小组还证明,小鼠可以在不首先经历破坏或抑制免疫系统(化疗)的情况下接受供体造血干细胞。

    患有诸如镰状细胞病等遗传性血液疾病的人有时会接受捐赠者的骨髓移植治疗。由于捐赠者,哪怕是兄弟姐妹,都不能完全基因匹配,病人首先必须接受化疗,以阻止他们的身体拒绝捐赠者的细胞。但是化疗增加了供者的造血干细胞攻击宿主组织的风险,这是一种潜在的致命疾病。它还可能使人不育或阻碍儿童的生长。

    意大利米兰圣拉斐尔医院研究使用造血干细胞进行基因治疗的Luigi Naldini说,通过移植“大剂量”的造血干细胞来减少对化疗的需求的想法很有吸引力,但需要进一步的测试,首先在小鼠身上,然后在人类身上。

    如果中海弘明的技术与人类细胞相结合,研究人员还可以从患者身上提取造血干细胞,并使用基因编辑工具纠正任何导致疾病的突变,然后再将这些细胞导入患者体内。中海弘明说,因为这些细胞来自患者而不是非非匹配的供体,所以不需要进行化疗。


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