科學(xué)家在體外為干細(xì)胞培養(yǎng)搭建新型“陽光房”

通常干細(xì)胞獲取比較困難，數(shù)量也極其有限。為了獲取足夠數(shù)量的干細(xì)胞，必須進行體外擴增。但隨著擴增代數(shù)的增加，干細(xì)胞的生物學(xué)功能會逐漸減弱，干細(xì)胞可用代次受限，導(dǎo)致干細(xì)胞資源稀缺和成本高昂。

隨著人類在生命科學(xué)領(lǐng)域探索的不斷深入，干細(xì)胞研究和應(yīng)用已經(jīng)成為科學(xué)界和全球生物醫(yī)藥行業(yè)關(guān)注的熱點之一。盡管具有廣闊前景，但干細(xì)胞研究和應(yīng)用仍面臨許多亟待解決的難題，干細(xì)胞高質(zhì)量體外培養(yǎng)就是其中之一。

南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院楊軍教授課題組，經(jīng)過20余年的持續(xù)研究，開發(fā)出一套可以模擬體內(nèi)微環(huán)境的干細(xì)胞仿生賦能系統(tǒng)，有效解決了目前干細(xì)胞體外培養(yǎng)效率低、費用高、安全性差、代際功能減損等問題，助力干細(xì)胞研究更好地走向應(yīng)用。

干細(xì)胞培養(yǎng)難題：不夠用、不好用、不敢用、用不起

干細(xì)胞，是人體發(fā)育過程中以及成體后體內(nèi)存在的一類細(xì)胞，具有自我復(fù)制、多向分化等特點，常用于生長發(fā)育、疾病發(fā)生、藥物篩選等科學(xué)研究。

除此之外，干細(xì)胞還可以用于疾病治療，例如胚胎干細(xì)胞分化的眼角膜給患者帶來了光明;臍帶造血干細(xì)胞可用于治療遺傳性或獲得性造血系統(tǒng)疾病;間充質(zhì)干細(xì)胞可對自身免疫病患者進行免疫調(diào)節(jié)等。

然而，通常干細(xì)胞獲取比較困難，數(shù)量也極其有限。為了獲取足夠數(shù)量的干細(xì)胞，必須進行體外擴增。但隨著擴增代數(shù)的增加，干細(xì)胞的生物學(xué)功能會逐漸減弱，干細(xì)胞可用代次受限，導(dǎo)致干細(xì)胞資源稀缺、成本高昂，難以滿足龐大的市場需求，極大限制了干細(xì)胞產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此急需一套解決干細(xì)胞數(shù)量嚴(yán)重短缺的方案。

楊軍向記者介紹，目前的干細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)存在四大痛點：增殖能力不足，細(xì)胞產(chǎn)量低;功能丟失，治療效果差;干細(xì)胞純度低，安全風(fēng)險大;細(xì)胞資源稀缺，生產(chǎn)成本高。簡而言之，現(xiàn)有的培養(yǎng)系統(tǒng)極易造成培養(yǎng)的干細(xì)胞不夠用、不好用、不敢用和用不起的問題。

模擬體內(nèi)微環(huán)境，補齊干細(xì)胞最后一根“支柱”

“這是由于一般的干細(xì)胞擴增使用的培養(yǎng)表面不能很好地模擬體內(nèi)微環(huán)境導(dǎo)致的。”團隊負(fù)責(zé)人、南開大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生陳國強介紹，在多細(xì)胞生物中，沒有一個細(xì)胞是孤立狀態(tài)，細(xì)胞間的相互作用尤為重要。如果把干細(xì)胞培養(yǎng)環(huán)境比作“房子”，細(xì)胞間相互作用就是一根重要的“支柱”，沒有這根“支柱”，“房子”就會搖搖欲墜。

研究團隊首先篩選出多種細(xì)胞間相互作用蛋白，分析其基因以及蛋白序列，隨后利用基因工程技術(shù)構(gòu)建融合蛋白基因，通過生物合成技術(shù)穩(wěn)定批量地制備人工基質(zhì)蛋白產(chǎn)品，最后利用納米涂層技術(shù)在傳統(tǒng)材料表面形成人工基質(zhì)蛋白涂層實現(xiàn)表面功能改性。

團隊制備的這一干細(xì)胞賦能系統(tǒng)，其基質(zhì)成分明確穩(wěn)定，量產(chǎn)純度大于95%，且為人源蛋白，能夠更好地調(diào)控人源干細(xì)胞，更為安全。同時，該系統(tǒng)能大規(guī)模構(gòu)建細(xì)胞間相互作用的核心蛋白，模擬體內(nèi)微環(huán)境，從而使細(xì)胞功能得以維持。

此外，通過模擬調(diào)控干細(xì)胞生長的微環(huán)境，新系統(tǒng)還縮短了干細(xì)胞增殖周期，使可用的干細(xì)胞數(shù)量大大增加，擴大了干細(xì)胞的生產(chǎn)規(guī)模，降低了干細(xì)胞的生產(chǎn)成本且減少了患者等待的時間。

“我們的培養(yǎng)技術(shù)補齊了干細(xì)胞培養(yǎng)的最后一根‘支柱’，仿生干細(xì)胞微環(huán)境，在體外構(gòu)建了干細(xì)胞生存之家，而且還是一個溫暖舒適的‘陽光房’，達到高效增殖、安全使用、功能提升和成本降低四大效果。”陳國強說。

干細(xì)胞擴增技術(shù)成熟后，研究團隊又開啟了針對干細(xì)胞不同用途賦能系統(tǒng)的開發(fā)。干細(xì)胞的行為受到其所處的微環(huán)境影響，要想讓干細(xì)胞發(fā)揮指定的功能，需通過微環(huán)境對其進行精準(zhǔn)調(diào)控。

為實現(xiàn)這一目的，團隊不斷優(yōu)化，先后開發(fā)出心肌修復(fù)、血管再生、免疫調(diào)節(jié)以及關(guān)節(jié)修復(fù)等4種干細(xì)胞賦能系統(tǒng)。在相應(yīng)疾病模型小鼠試驗中，相較于傳統(tǒng)基質(zhì)表面培養(yǎng)的干細(xì)胞，新系統(tǒng)培養(yǎng)的干細(xì)胞具有更加顯著的治療效果。(陳曦 吳軍輝)

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家 干細(xì)胞 培養(yǎng) 陽光房