《自然》重磅：干细胞领域圣杯，造血干细胞扩增技术有望破解

众所周知，在我们的整个生命周期中，长期存活的造血干细胞（Hematopoietic stem cell ，HSC）能够分化为几乎所有类型的血细胞和免疫细胞。几十亿个循环流通的血细胞并不会在体内长期地存活，都是有寿命的。

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2023年2月22日，国际顶级期刊Nature 一篇论文中，来自东京大学和斯坦福大学的研究团队发表一篇题为 Chemically defined cytokine-free expansion of human haematopoietic stem cells 的文章，发明了一种化学成分明确且无细胞因子的培养体系，成功在实验室中长期稳定地培养出人源造血干细胞。

文章显示：研究者通过用化学小分子组合替换了重组干细胞因子（SCF）和促血小板生成素（TPO），开发了一种无细胞因子培养体系。这种培养体系支持脐血造血干细胞的体外大量扩增并能保持其功能性，同时也支持造血干细胞的克隆扩增，解决了造血干细胞在体外扩增培养的瓶颈。

培养体系的核心成分是：740Y-P（一种PI3K激活剂），UM171（一种HSPC扩增化合物）和丁酰胺（一种TPO受体激动剂），同时使用Soluplus（聚乙烯醇己内酰胺-聚乙烯醇-聚乙二醇接枝共聚物，即PCL-PVAc-PE）替代PVA。这个培养体系中不需要使用血清，不需要细胞因子，化学成分明确。对于这个新的造血干细胞培养体系，我们将其中几个关键问题一一做下解析：

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解析一：化学成分明确的无细胞因子培养基

图1.一种化学成分明确的无细胞因子培养基能在体外维持人类HSPCs

使用化学激动剂740Y-P（PI3K激活剂）使PI3K磷酸化。研究发现不管有无SCF的存在，740Y-P都能促进HSPCs的增殖，这表明：SCF可以被740Y-P 所替代。同样，TPO可以被丁酰胺（TPO受体激动剂）取代。不过，2a无细胞因子培养基（由740Y-P和丁酰胺组成）只能短期支持人造血干细胞的扩增。

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解析二：长期的体外造血干细胞培养

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解析三：己内酰胺聚合物改善造血干细胞的生长

图3. 己内酰胺聚合物的3a培养基支持人类HSCs的体外高效扩增

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解析四：造血干细胞长期选择性扩增培养

图4. 3a培养基长期选择性扩增功能性人类HSCs

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主要参考文献：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05739-9 

Hiro Nakauchi教授

Hiro Nakauchi教授，任职于美国斯坦福大学干细胞生物学和再生医学研究所，同时担任筑波大学免疫学教授、东京大学医学部干细胞治疗学教授。

Hiro Nakauchi教授证明了单个造血干细胞可以重建整个造血系统，他的工作目标是将基础研究中的发现转化为实际的医学应用。