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
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,但斯坦福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。
造血幹細胞是骨髓中的稀有細胞,就像其他幹細胞一樣,它的「自我更新」(self-renewal)特質讓它可以分裂產生更多的造血幹細胞,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。
在治療應用上,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,能夠通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中的居所定居留出空間。
但化療和放療都具有一定的危險性,對於兒科患者尤其如此,他們可能在往後出現生長遲緩、不孕或繼發性癌症等副作用,而對於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,他們認為如果能夠一次移植大量健康造血幹細胞,將可以免去通過放療、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,儘管多年來人們經能在實驗室中培養出人類造血幹細胞,但細胞卻無法做到自我更新,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官網)
在小鼠的實驗中,原始的50個細胞在28天內增加了約8,000倍,其中每35個細胞中就有1個仍具有「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水平。
斯坦福大學遺傳學教授、論文高級作者Hiromitsu Nakauchi表示,這是他作為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將這些細胞大量繁殖的方法,現在團隊已經確定了一系列條件,能將這些細胞的數量在短短一個月內擴大近900倍,相信這種方法可以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,研究人員已經在小鼠實驗中證明有可能成功移植大量幹細胞到體內,而不須先消除受體自身的幹細胞群,如果這項技術也適用於人類,它將能協助有血液、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,團隊還發現在培養過程中可以使用CRISPR技術來修正原始造血細胞中的任何遺傳缺陷,也就是說或許能夠使用患者自己的細胞來進行基因治療,團隊現在正在老鼠身上測試這種方法。研究已刊載於《自然》(Nature)期刊。
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