經過 20 年的嘗試，科學家們終於將成熟細胞轉化為能夠自我再生和產生血液成分的原始血細胞。今天在《自然》雜誌上描述的這項研究為需要骨髓移植但找不到匹配供體的白血病和其他血液疾病患者帶來了希望。如果這些發現能轉化為臨床應用，這些患者就可以接受實驗室培養的自身健康細胞。
由馬薩諸塞州波士頓兒童醫院的幹細胞生物學家喬治·戴利領導的一個團隊創造了類似於血液幹細胞的人類細胞，儘管它們與自然界中發現的細胞並不完全相同。第二個團隊由紐約市威爾康奈爾醫學院的幹細胞生物學家沙欣·拉菲領導，他們將小鼠的成熟細胞轉化為完全成熟的血液幹細胞。
“多年來，人們已經弄清楚了這個配方的各個部分，但他們從未完全實現目標，”加拿大漢密爾頓麥克馬斯特大學的幹細胞研究員米克·巴蒂亞說，他沒有參與這兩項研究。“這是研究人員第一次完成了所有步驟，並製造出了血液幹細胞。”
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戴利的團隊選擇了從成人身上提取的皮膚細胞和其他細胞作為起始材料。他們使用一種標準方法，將這些細胞重新程式設計為誘導多能幹細胞 (iPS)，這種細胞能夠產生許多其他細胞型別。然而，到目前為止，iPS 細胞還沒有被轉化為產生血液的細胞。
下一步是新穎的一步：戴利和他的同事將七個轉錄因子（控制其他基因的基因）插入 iPS 細胞的基因組中。然後他們將這些經過修飾的人類細胞注射到小鼠體內進行發育。12 周後，iPS 細胞已經轉化為能夠製造人體血液中各種細胞（包括免疫細胞）的祖細胞。戴利說，這些祖細胞“非常接近”自然產生的“造血”血液幹細胞。
巴蒂亞對此表示贊同。“喬治已經弄清楚如何培養人類造血幹細胞，這一點非常令人信服，”他說。“這是聖盃。”
血緣良好
相比之下，拉菲的團隊從小鼠身上生成了真正的血液幹細胞，而沒有建立 iPS 細胞的中間步驟。研究人員首先從成年小鼠的血管內壁提取細胞。然後，他們將四個轉錄因子插入這些細胞的基因組中，並將它們儲存在旨在模擬人體血管內部環境的培養皿中。在那裡，細胞轉化為血液幹細胞並增殖。
當研究人員將這些幹細胞注射到經過輻射治療以殺死大部分血液和免疫細胞的小鼠體內時，這些動物康復了。幹細胞再生了血液（包括免疫細胞），小鼠繼續活了整整一生——在實驗室中超過 1.5 年。
由於他繞過了 iPS 細胞階段，拉菲將他的方法比作直達航班，而戴利的方法則比作在到達最終目的地之前繞道去月球的航班。他補充說，使用最有效的方法生成幹細胞非常重要，因為每次將基因新增到一批細胞中時，都會有很大一部分細胞無法整合該基因，必須將其丟棄。還有一種風險是，一些細胞在實驗室中被修飾後會發生突變，如果植入人體可能會形成腫瘤。
但戴利和其他研究人員相信，他使用的方法可以更加有效，並且不太可能刺激腫瘤生長和修飾細胞中的其他異常。加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯研究所的幹細胞研究員珍妮·洛林說，一種可能性是暫時改變 iPS 細胞中的基因表達，而不是永久插入編碼轉錄因子的基因。她指出，iPS 細胞可以從容易獲得的皮膚和其他組織中產生，而拉菲的方法則從血管內壁細胞開始，這些細胞更難收集並在實驗室中保持存活。
時間將決定哪種方法會成功。但最新的進展提振了研究人員的精神，他們一直因無法從 iPS 細胞中生成血液幹細胞而感到沮喪。“很多人已經厭倦了，說這些細胞在自然界中不存在，你不能僅僅把它們推向其他任何東西，”巴蒂亞說。“我希望批評家們錯了，現在我知道他們錯了。”
本文經許可轉載，並於2017 年 5 月 17 日首次發表。