東京大學醫科學研究所幹細胞生物學系的山崎聰特聘副教授帶領包括斯坦福大學及理化學研究所等科研人員組成的研究團隊，利用小鼠造血幹細胞培養證明在細胞培養基中常見的小牛血清（Fetal Bovine/Calf Serum，FBS，FCS）、純化白蛋白或重組白蛋白都會破壞造血幹細胞未分化狀態的維持。但是，如果培養基中不添加白蛋白等蛋白質成分，造血幹細胞的細胞分裂誘導又成問題。
該研究團隊最新研究成果則打破了上述僵局，用液體漿糊中的主要成分聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）成功替代了白蛋白添加成分，而且世界上首次在維持造血幹細胞未分化特性的前提下持續增殖培養一個月以上[1]。基於該技術，不僅可以使得從一個供體分離的幹細胞擴大培養後用於多名患者，而且培養成本和週期都可以大大縮減，從而降低患者的冶癒成本和減量等候時間（圖1）。該成果已經發表在2019年5月30日的《Nature》上[文獻1]。
圖1 利用PVA從50個細胞培養得到的造血幹細胞/祖細胞
白蛋白（Albumin）作爲佔血清60%的蛋白質，是細胞培養液中通用的的添加成分。純化白蛋白一般從牛血清中分離純化而來，重組白蛋白則是人工改變蛋白胺基酸序列後利用酵母或者水稻細胞培養分離獲得。白蛋白是生命科學領域再常見不過的一類生物試劑。而聚乙烯醇作爲一類功能性樹脂，被用於生活中常見的各類製品中，同時也有GMP級別的聚乙烯醇生產用在醫療領域。可以說，聚乙烯醇是現代社會生活中不可或缺的一類化學物質。同時精細化工生產工藝的成熟和廣泛的市場應用也決定了聚乙烯醇的生產成本遠遠低於價格高昂的生物材料白蛋白和小牛血清。
本研究團隊之前採用全重組蛋白培養條件，確定了誘導造血幹細胞分裂的2個關鍵細胞介素的最適濃度。即當維持低濃度的幹細胞介素（Stem Cell Factor，SCF）和高濃度的血小板生成素（Thrombopoietin，TPO）平衡環境下，可以既能保持幹細胞特性又能長時間高效培養。
本次研究發現，當用聚乙烯醇替代白蛋白和牛血清對造血幹細胞進行培養時，不僅可以繼續操作促使幹細胞分裂增殖，而且優於白蛋白和牛血清可以在保持幹細胞未分化狀態下持續培養數月。也就是說，不僅完成了低成本替代，而且同時抑制了幹細胞風化作用現象，做到了真正的「物美價廉」（圖2）。
圖2 一個造血幹細胞擴增培養後成功用於多隻白血病小鼠模式
造血幹細胞是一類爲軀體一生供應全血的組織幹細胞，也是根治血液類疾病進行骨髓移植（造血幹細胞移植）舉足輕重的一類細胞。但是造血幹細胞有賴於健康的供體，在日本老齡化社會日趨嚴重的情形下，骨髓庫及臍帶血庫等輔助系統搭建也日益嚴峻。本研究團隊旨在開發更爲高效的應用於包括白血病在内的血液/免疫類疾病患者的造血幹細胞體外擴增技術（圖3）。
圖3 50個造血幹細胞體外培養後輸入免疫缺陷小鼠活體內成功根治免疫病徵
本次研究團隊用漿糊的主要成分-聚乙烯醇替代白蛋白長期培養小鼠造血幹細胞成功，有望也適用於人造血幹細胞的體外培養，從而提供更爲安全的造血幹細胞移植，降低針對兒童血液病等移植冶癒的併發症風險。該技術不僅是幹細胞基礎研究方面的一大革命性貢獻，在降低醫療成本、推動幹細胞治療和再生醫療等領域大展拳腳也值得期待。
供稿 宋傑 東京大學博士
編輯修改 JST客觀日本編輯部
相關文獻：
1. Adam C. Wilkinson, Reiko Ishida, Misako Kikuchi, Kazuhiro Sudo, Maiko Morita, Ralph Valentine Crisostomo, Ryo Yamamoto, Kyle M. Loh, Yukio Nakamura, Motoo Watanabe, Hiromitsu Nakauchi, Satoshi Yamazaki, "Long-term ex vivo hematopoietic stem cell expansion allows nonconditioned transplantation," Nature: 2019.05.30, doi:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1244-x.
相關鏈結：
1. 東京大學新聞稿
