無細胞因子體系實現人造血干細胞擴增 有助推進多種造血干細胞相關療法
造血干細胞（HSC）是骨髓中重要的未成熟血細胞，經觸發后可分化為任何血細胞類型。造血干細胞移植可用于治療骨髓受損而且不能再次產生健康血細胞的疾病，但造血干細胞的廣泛和安全使用受到實驗室（即體外）細胞生長和擴增障礙的限制。
如今，在一項新的研究中，來自日本筑波大學、東京大學和慶應義塾大學等研究機構的研究人員建立了一種支持造血干細胞在體外長期擴增的新型培養系統。相關研究結果發表在2023年3月2日的Nature期刊上，論文標題為“Chemically defined cytokine-free expansion of human haematopoietic stem cells”。
人類造血干細胞經常很容易從臍帶血中獲得，但這產生的造血干細胞數量不足，無法進行適當的移植。雖然體外造血干細胞擴增顯然是必要的，但這個目標一直難以實現。在以前的研究中，稱為細胞因子的細胞信號分子和一種稱為白蛋白（albumin）的蛋白經常被用來刺激造血干細胞的擴增，但只能導致短期的擴增。
論文共同通訊作者Satoshi Yamazaki教授解釋說，“其他團隊使用新的方法進行造血干細胞體外擴增，包括在細胞培養基中加入小分子、某些水凝膠、各種生長因子或小分子抑制劑，顯示了有希望的結果。”
雖然細胞因子曾被認為是體外造血干細胞生長所不可或缺的，但是在這項新的研究中，這些作者猜測還有其他合適的替代方法。從小鼠造血干細胞開始，他們之前發現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的在不同實驗中使用的批次之間的差異性問題，而且還防止了通常出現的雜質的消極影響。
開發出化學成分確定的無細胞因子培養基用于體外擴增人類造血干細胞。圖片來自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05739-9。
當這些作者將這種方法應用于人類造血干細胞時，他們注意到它們的增殖能力不如小鼠造血干細胞強。經過分子分析，他們觀察到稱為PI3K和AKT的重要信號分子的活性下降。為了解決這個問題，他們發現加入激活PI3K和AKT的化學物可以明顯改善人類造血干細胞的生長。
Yamazaki教授說，“我們還發現添加一種稱為butyzamide的受體激動劑可以刺激造血干細胞增殖，為過去通常使用的細胞因子提供了一個很好的替代。”
添加一種名為UM171的化合物，以及一種特定的聚合物，通過支持長期造血干細胞的擴增來改善結果。利用一種稱為RNA測序的技術，這些作者確認了這種體外擴增系統對單個細胞的基因表達的成功影響。此外，通過將體外擴增的造血干細胞移植到小鼠體內，他們發現這種新培養系統擴增的造血干細胞在小鼠體內成功定植和生長。
鑒于人類造血干細胞體外擴增的重要性，這種新建立的系統使用最佳的化學成分確定的細胞培養基，從而為使用典型的含細胞因子培養基的系統提供了合適的替代方案。這項新的研究可能有助于推進臨床開發中的多種造血干細胞相關療法，并有可能拯救生命。
