誰能想到培養造血幹細胞的關鍵,竟然是市售約 100 日圓的膠水

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 03 日 17:37 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly


白血病是相當難纏的癌症,為了治療這種疾病,患者必須在化療及放療後移植造血幹細胞(HSCs),然而因為造血幹細胞在實驗室培養困難,像是幹細胞移植、基因治療的研究工作都受到嚴重阻礙,但史丹佛和東京大學研究人員可能已經破解培養的關鍵所在。說起來可能有點難以想像,但這項關鍵物品其實在生活中隨處可見:「膠水」。

在解釋「膠水」為何成為關鍵以前,我們先說明一下造血幹細胞的重要性。

造血幹細胞是骨髓的稀有細胞,就像其他幹細胞,它的「自我更新」(self-renewal)特質讓它可分裂產生更多造血幹細胞,而「多潛能」(Multipotent)特質則使它也可以分化為體內所有不同類型的血液和免疫細胞。

治療應用上,人們很早就知道患有像是鐮狀紅血球貧血症(SCA)或白血病等免疫、血液疾病的患者,能夠透過移植健康造血幹細胞來治癒疾病,然而為了使治療發揮作用,患者必須先使用化療或放療殺死自身的造血幹細胞來消滅疾病,並為健康細胞在骨髓定居留出空間。

但化療和放療都有一定的危險性,對小兒科患者尤其如此,他們可能之後出現生長遲緩、不孕或繼發性癌症等副作用;對病情嚴重或老年患者來說,由於他們虛弱得無法忍受放療、化療療程,因此往往也無法接受移植。

長時間以來,研究人員一直在思考一種可能性,他們認為如果能一次移植大量健康造血幹細胞,或可免去放療、化療移除現有細胞的需要,讓新來者直接進入並開始提供健康血液及免疫細胞。

然而這項理論很難測試,因為造血幹細胞難以大量分離,儘管多年來人們能在實驗室培養出人類造血幹細胞,但細胞卻無法自我更新,只是會分化成前體細胞(precursor cells)成為不同類型血液、免疫細胞的前身。

「膠水」派上用場的地方便在於此。過去研究人員使用的培養液 0.5 公升便要價數萬日圓,還幾乎難以讓細胞成功增生,但這次團隊在檢討培養液成分時,只使用成分之一的聚乙烯醇(PVA)卻順利培養成功,甚至後續使用市售的「Arabic Yamato」膠水也成功培養。

▲ 誰能想到,只需約 100 日圓的膠水便是培養造血幹細胞的答案。(Source:yamato

在小鼠的實驗,原始 50 個細胞在 28 天內增加約 8,000 倍,每 35 個細胞中就有 1 個仍有「自我更新」特質,數量較原始樣本增加了 200~900 倍,可說是前所未有的擴張程度。

史丹佛大學遺傳學教授、論文高級作者 Hiromitsu Nakauchi 表示,這是他當幹細胞研究員的人生目標之一,「50 年來,世界各地的研究人員一直在尋找大量繁殖這些細胞的方法,現在團隊已確定一系列條件,能將這些細胞的數量在短短一個月擴大近 900 倍,相信這種方法能改變人們看待造血幹細胞移植和基因療法的方式。」

這項研究特別的是,研究人員已在小鼠實驗證明有可能成功移植大量幹細胞到體內,不須先消除受體自身的幹細胞群。如果這項技術也適用人類,將能協助有血液、免疫疾病的患者,免於面對移植前嚴格放療或化療方案可能帶來的危險。

Nakauchi 透露,團隊還發現培養過程可使用 CRISPR 技術修正原始造血細胞的任何遺傳缺陷,也就是說或許能使用患者自己的細胞進行基因治療。團隊現正老鼠身上測試這種方法。研究已刊載於《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:shutterstock)