造血幹細胞是生成紅血球、白血球和血小板的起始細胞。冶癒白血病等血液病時可以移植造血幹細胞，但需要捐獻者的骨髓液等與患者的免疫類型儘量配對分組。隨着人口的老齡化，令人擔心捐獻者的減量。先在體外增加造血幹細胞，結合基因操作技術來擴大冶癒範圍的研究也正在推進之中。2040～2050年前後有望利用大量培養的造血幹細胞實施基因療法和提供血液成分。
利用液體膠水的成分來增加造血幹細胞——2019年，英國科學期刊《自然》上的一篇論文引起了廣泛關注。日本築波大學的山崎聰教授等人組成的研究團隊發現，透過在培養液中添加市售的液體膠水的主要化學成分—— 「聚乙烯醇（PVA）」，可以培養小鼠的造血幹細胞長達數月。
從實施了基因操作的造血幹細胞培養出的血細胞。還有望實施功能的開墾和強化。（圖片由築波大學山崎教授提供）
造血幹細胞在骨髓中增殖，可以成長成各種血細胞。如果能在體外增殖，移植冶癒將變得更容易。但是，在成長成血細胞之前的「未分化」狀態下進行培養是一件非常困難的事情。
山崎教授的研究團隊發現，使用PVA代替培養液所需的牛血液成分和蛋白質時，可以增殖未分化狀態的造血幹細胞。這一劃時代的成果發表後的兩年裏，論文已經被引用了約100次。
2021年6月，研究團隊開發出進一步簡化的造血幹細胞擴增技術，並在科學期刊《自然-通訊》上發表。在此之前，要想從源自骨髓的各種細胞中僅分離出幹細胞，需要使用昂貴的實驗設備。但研究團隊此次發現，利用PVA培養各種骨髓細胞時，只有造血幹細胞會高效增殖，並且可以濃縮。濃縮後的幹細胞可以輕鬆分離。
研究團隊將大量幹細胞移植到小鼠活體內發現，幹細胞在骨髓中成活，並同時發揮了增殖能力和成長爲血細胞的能力。移植造血幹細胞前通常要進行「初步處理」，即利用放射線等破壞本來的幹細胞，但移植利用PVA培養的幹細胞時則無需進行初步處理。還可以對在體外增殖的造血幹細胞進行基因操作後再進行移植。
雖然目前尚處於利用小鼠確立技術的階段，但山崎教授強調，「任何人都可以增殖造血幹細胞的發現非常重要」。移植經過基因操作的造血幹細胞的基因療法，要想實施臨牀應用，就必須先利用小鼠積累經驗。簡單高效的技術有助於加快實驗速度，促進不同領域的研究人員參與。
如果在人活體內也可以自由增殖造血幹細胞並進行基因操作的話，將有助於實施廣泛的臨牀應用。近年來，針對遺傳性血液病「鐮狀細胞性貧血」和「先天性免疫缺陷症」等，正在開發體外開墾造血幹細胞的異常基因後再將其送回活體內的基因療法法，新技術還將爲這種冶癒方法提供支援。
此外，利用大量增殖的造血幹細胞生成的血液成分和免疫細胞，還可用於捐血和冶癒。透過基因操作來開墾和強化細胞功能也值得期待。山崎教授的研究團隊在培養人造血幹細胞的技術方面也有了一定的進展。
與基因療法相融合
造血幹細胞移植及相關領域動向 |
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| 1957年 | 美國愛德華·唐納爾·託馬斯成功實施骨髓移植 |
| 1970年代 | 確立與現代基本相同的骨髓移植技術（初步處理和免疫抑制） |
| 設立骨髓庫（英國、美國） | |
| 1988年 | 成功實施臍帶血移植（法國） |
| 1991年 | 日本建立骨髓庫 |
| 1995年 | 日本建立臍帶血庫 |
| 2017年 | 利用經過基因操作的免疫細胞治療血癌的“CAR-T法”實施實用化 |
| 2019年 | 開發出增殖小鼠造血幹細胞的培養法 |
| 2040年前後 | 利用培養的造血幹細胞的基因療法普及 |
| 2050年前後 | 利用大量培養的造血幹細胞生成的血液成分供應成爲主流 |
1957年，美國醫學家愛德華·唐納爾·託馬斯首次實施了代表性的造血幹細胞移植——骨髓移植。雖然多次失敗，但1970年代確立了與現在基本相同的移植方法，爲白血病等血液病的冶癒帶來了革新，1990年，託馬斯與另一位醫學家共同獲得諾貝爾生理學或醫學獎。
之後研究人員還發現，臍帶血和外周血中也存在幹細胞，於是開始實施利用骨髓液以外的移植源的造血幹細胞移植。日本也設立了骨髓庫和臍帶血庫。隨着研發的推進，幹細胞的供應源逐漸增加，但隨着少子老齡化的隊形變換，供體（捐獻者）不足問題引人擔憂。
造血幹細胞的大規模培養有望成爲徹底解決供體不足的技術。造血幹細胞可以成長成包括免疫細胞在内的多種血細胞，還有助於解決捐血不足的問題。利用iPS細胞培養造血幹細胞和血細胞的研究也在進行之中，但大規模培養造血幹細胞是更直接的方法。
2017年瑞士大型製藥企業諾華推出了將經過基因操作的免疫細胞用於血癌冶癒的「CAR-T療法」（嵌合抗原受體T細胞免疫療法）。基因療法與細胞醫療的融合研究變得越來越活躍。造血幹細胞也有望實施劃時代的冶癒方法。
日文：越川智瑛、《日經產業新聞》，2021/07/09
中文：JST客觀日本編輯部
