在一項新的研究中，來自美國斯坦福大學(xué)和日本東京大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的研究人員可能破解了在沒有放療和化療的情況下進(jìn)行干細(xì)胞移植和基因治療的密碼,。

幾十年來,，科學(xué)家們在實驗室中培養(yǎng)大量造血干細(xì)胞的嘗試一直受阻。這些罕見的骨髓細(xì)胞單獨負(fù)責(zé)產(chǎn)生血液和免疫系統(tǒng)中的所有細(xì)胞,。培養(yǎng)這些細(xì)胞的困難嚴(yán)重阻礙了許多研究工作,，包括那些讓某些癌癥或血液疾病患者更容易和更安全地接受干細(xì)胞移植或基因治療的研究工作。

如今,，這些研究人員破解了這些密碼,。通過調(diào)整培養(yǎng)這些細(xì)胞的營養(yǎng)液中的組分、用于支持它們生長的專門分子和培養(yǎng)它們所需的物理條件,，他們首次證實誘導(dǎo)來自小鼠的造血干細(xì)胞在短短28天的時間內(nèi)自我更新數(shù)百甚至數(shù)千次是可能的,。

論文共同通訊作者、斯坦福大學(xué)遺傳學(xué)教授Hiromitsu Nakauchi博士說道,，“這是我作為干細(xì)胞研究員的人生目標(biāo)之一,。50年來，世界各地實驗室的科學(xué)家們一直在尋找大量培養(yǎng)這些細(xì)胞的方法,。如今,，我們鑒定出一系列條件，足以讓這些細(xì)胞的數(shù)量在短短一個月內(nèi)擴(kuò)大900倍,。我們認(rèn)為這種方法可能引發(fā)在人體中開展造血干細(xì)胞移植和基因治療的變革?！?br/>
特別地,，這些研究人員證實在不首先消除受者自身干細(xì)胞群體的情況下，成功地將大量體外培養(yǎng)的造血干細(xì)胞移植到小鼠體內(nèi)是有可能的,。如果這種技術(shù)也適用于人類,，那么它可能在移植前讓數(shù)千名患有血液疾病或免疫疾病的患者免受嚴(yán)格的放療或化療方案。它還可能允許臨床醫(yī)生利用患者自己的經(jīng)過基因校正的干細(xì)胞進(jìn)行基因治療,。

相關(guān)研究結(jié)果于2019年5月29日在線發(fā)表在Nature期刊上,，論文標(biāo)題為“Long-term ex vivo haematopoietic-stem-cell expansion allows nonconditioned transplantation”。除了Nakauchi之外，另一名論文共同通訊作者是東京大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)副教授Satoshi Yamazaki博士,。論文第一作者為斯坦福大學(xué)博士后學(xué)者Adam Wilkinson博士和東京大學(xué)高級研究助理Reiko Ishida,。

圖片來自Nature (2019)，doi:10.1038/s41586-019-1244-x,。

造血干細(xì)胞是骨髓中發(fā)現(xiàn)的稀有細(xì)胞,。像其他干細(xì)胞一樣，它們經(jīng)分裂后能夠產(chǎn)生更多的造血干細(xì)胞---一個稱為自我更新的過程---或者產(chǎn)生體內(nèi)所有不同類型的血液細(xì)胞和免疫細(xì)胞的前體細(xì)胞---一個稱為分化的過程,。

人們早就知道,，患有鐮狀細(xì)胞性貧血和白血病等免疫或血液疾病的人能夠通過移植健康的造血干細(xì)胞來治愈。但為了讓這種治療起作用,，受者自身的造血干細(xì)胞必須首先被殺死以清除這種疾病,，從而為健康的造血干細(xì)胞在骨髓中定植騰出空間。

這種清除步驟,，也稱為“調(diào)理（conditioning）”,，可以用化療或放療，或兩者的組合來完成,。然而,，這種調(diào)理能夠?qū)е挛＜吧母弊饔谩＿@在兒童患者中尤其如此,，他們可能在以后的生活中遭受生長遲緩,、不孕和繼發(fā)性癌癥等副作用。重病或老年患者通常不能接受移植,，這是因為他們無法忍受這種調(diào)理治療,。

“干細(xì)胞領(lǐng)域的圣杯”

不過一段時間以來，人們一直在想,，移植大量供者造血干細(xì)胞是否可以避免清除受者現(xiàn)存造血干細(xì)胞的需要,。也許，他們推斷,，給受者骨髓提供一大堆健康的供者細(xì)胞將允許新來的供者細(xì)胞強(qiáng)行站穩(wěn)腳跟并產(chǎn)生健康的血液細(xì)胞和免疫細(xì)胞,。

然而，很難測試這一理論,，這是因為造血干細(xì)胞難以大量分離,。盡管多年來人們能夠在實驗室中培養(yǎng)人類造血干細(xì)胞，但是這些細(xì)胞從不會自我更新,，而且經(jīng)常放棄干細(xì)胞的命運,，分化成前體細(xì)胞。因此,，很難深入研究它們的生物學(xué)特性或產(chǎn)生足夠的細(xì)胞來進(jìn)行大規(guī)模移植,。

Nakauchi說道,，“擴(kuò)大造血干細(xì)胞的數(shù)量一直是干細(xì)胞領(lǐng)域的最高目標(biāo)。當(dāng)某些東西不起作用時,，人們往往會認(rèn)為缺少了某些東西,。但是，我們決定通過清除常規(guī)培養(yǎng)系統(tǒng)中的所有雜質(zhì)來嘗試一種相反的方法,，同時還優(yōu)化促進(jìn)造血干細(xì)胞自我更新的其他方面,。”

這些研究人員還用聚乙烯醇替代了一種可能受到污染的血液蛋白---血清白蛋白,。聚乙烯醇是一種水溶性合成化學(xué)物質(zhì),，經(jīng)常用于生物醫(yī)學(xué)研究。

對這些細(xì)胞培養(yǎng)方式的這些修改使得這些研究人員能夠利用僅50個起始細(xì)胞產(chǎn)生足夠的造血干細(xì)胞用于移植,。雖然其中的一些造血干細(xì)胞確實在培養(yǎng)中發(fā)生分化,，但是在整個培養(yǎng)期間，更多的造血干細(xì)胞仍然保持它們的干細(xì)胞特性,。

Nakauchi說,，“這些原始的50個細(xì)胞在28天內(nèi)增加了大約8000倍。其中,，每35個細(xì)胞中就有一個仍然是功能性的造血干細(xì)胞,。”

計劃測試人體造血干細(xì)胞

這些研究人員估計,，原始樣本中的造血干細(xì)胞數(shù)量增加了200～900倍,，這是前所未有的擴(kuò)大水平。當(dāng)他們將新培養(yǎng)的細(xì)胞移植到未經(jīng)過調(diào)理治療的小鼠體內(nèi)時,，這些小鼠產(chǎn)生來自供者造血干細(xì)胞和它們自身造血干細(xì)胞的血液細(xì)胞和免疫細(xì)胞,，這就證實這些供者細(xì)胞已經(jīng)定植并保持功能。

Nakauchi說道,，“我們還發(fā)現(xiàn),，在培養(yǎng)過程中，我們能夠使用CRISPR技術(shù)來校正原始造血細(xì)胞中的任何遺傳缺陷,。這些經(jīng)過基因校正的細(xì)胞隨后能夠經(jīng)增殖后用于移植,。這應(yīng)該允許我們使用患者自己的細(xì)胞進(jìn)行基因治療?！?nbsp;

Nakauchi和他在斯坦福大學(xué)的合作者如今正在小鼠身上測試這種方法,。

參考資料：

Adam C. Wilkinson et al. Long-term ex vivo haematopoietic-stem-cell expansion allows nonconditioned transplantation, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1244-x.