無細胞因子體系實現(xiàn)人造血干細胞擴增 有助推進多種造血干細胞相關(guān)療法

轉(zhuǎn)自：生物谷（維權(quán)）

造血干細胞（HSC）是骨髓中重要的未成熟血細胞，經(jīng)觸發(fā)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(chǎn)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(yīng)義塾大學等研究機構(gòu)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(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，論文標題為“Chemically defined cytokine-free expansion of human haematopoietic stem cells”。

人類造血干細胞經(jīng)常很容易從臍帶血中獲得，但這產(chǎn)生的造血干細胞數(shù)量不足，無法進行適當?shù)囊浦病ｋm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(xiàn)。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(jīng)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(yǎng)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(jié)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(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(xiàn)的雜質(zhì)的消極影響。

開發(fā)出化學成分確定的無細胞因子培養(yǎng)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(yīng)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(jīng)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(jié)果。利用一種稱為RNA測序的技術(shù)，這些作者確認了這種體外擴增系統(tǒng)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(nèi)，他們發(fā)現(xiàn)這種新培養(yǎng)系統(tǒng)擴增的造血干細胞在小鼠體內(nèi)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(tǒng)使用最佳的化學成分確定的細胞培養(yǎng)基，從而為使用典型的含細胞因子培養(yǎng)基的系統(tǒng)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(fā)中的多種造血干細胞相關(guān)療法，并有可能拯救生命。