為了讓使用iPS細胞（誘導性富潛能幹細胞）的再生醫療更加貼近現實，需要以低成本、穩定地量產iPS細胞。儘管懸浮培養法是一種具有潛力的方法，但其自發分化機率高於使用培養皿等進行的貼壁培養法，這一問題成為了該技術的瓶頸。由日本理化學研究所生物資源研究中心iPS細胞高維表徵分析開發團隊的團隊負責人林洋平、開發研究員高崎真美、京都大學iPS細胞研究財團研究開發中心、KANEKA再生與細胞醫療研究所等組成的合作研究團隊，成功地開發出了一種能夠在抑制自發分化的同時實現大規模培養的技術，並實現了能達到實際應用水平的大量培養目標。團隊負責人林洋平表示：「由於隻需加入兩種阻斷分化誘導信號的化合物即可直接使用現有的市售培養液，培養成本只有以往的幾分之一。我們將致力於推動該技術的臨床應用。」
理研的團隊負責人林洋平（供圖：科學新聞社）
貼壁培養法因其能輕鬆在顯微鏡下觀察單個細胞，並保持細胞的定錨依賴性，因此適合學術研究室使用，但難以進行大量培養，也不適合自動化。而懸浮培養法因易於大量培養並能夠自動化，是一種適用於產業化再生醫療的方法，但在培養過程中容易出現自發分化的問題。
研究團隊通過實驗比較了相同培養液條件下貼壁培養和懸浮培養的情況，發現貼壁培養中僅0.01%的iPS細胞表達了分化標誌物，而懸浮培養中這一比例約為3%。
為瞭解決這一問題，研究團隊探索了能夠阻斷參與初期分化的信號的化合物，發現針對中內胚層分化，聯合使用Wnt抑制劑可有效抑制，針對外胚層分化，需使用PKCβ抑制劑。團隊負責人林表示：「我們已經知道阻斷Wnt信號可抑制中內胚層分化，而對於外胚層，我們嘗試了多種化合物，結果發現只有PKCβ抑制劑能達到效果。」
研究團隊在添加了兩種抑制劑的懸浮培養條件下，在生物反應器中對臨床用iPS細胞株進行了大量培養。並且每隔3至4天更換一次新的培養基，連續傳代3次，實現了平均每次製備約300管、每管約含100萬個細胞的冷凍管。然後，對每次製備的部分冷凍管進行解凍播種後，並對由此大量培養的iPS細胞實施特性評估後結果表明，量產的iPS細胞保持了自我克隆、多能性、核型（染色體構成），特性不遜於傳統貼壁培養條件下的細胞，並且這些細胞在誘導分化為多巴胺能神經前驅細胞、心肌細胞、肝細胞等對再生醫學和新藥研發有用細胞類型時，其分化誘導效率也未發生改變。
此外，研究團隊還進一步在相同懸浮培養條件下，成功地實現了利用人外周血單核球建立iPS細胞、篩選單細胞擴增選殖株、保持自我克隆特性進行長期培養、從懸浮培養直接冷凍保存和從直接解凍開始懸浮培養、臨床級人類iPS細胞株高效大量培養等一系列培養過程。
團隊負責人林洋平表示：「我認為這項成果可以為實現利用人類iPS細胞的自體細胞醫療做出貢獻。此次研究的部分内容是在合作研究單位——京都大學iPS細胞研究財團研究所進行的，明年該研究所將會開展製備iPS細胞庫等實用化工作。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：eLife
論文：Complete suspension culture of human induced pluripotent stem cells supplemented with suppressors of spontaneous differentiation
DOI:10.7554/eLife.89724
