在體外為幹細胞培養搭建新型“陽光房”

通常幹細胞獲取比較困難，數量也極其有限。為了獲取足夠數量的幹細胞，必須進行體外擴增。但隨着擴增代數的增加，幹細胞的生物學功能會逐漸減弱，幹細胞可用代次受限，導致幹細胞資源稀缺和成本高昂。

隨着人類在生命科學領域探索的不斷深入，幹細胞研究和應用已經成為科學界和全球生物醫藥行業關注的熱點之一。儘管具有廣闊前景，但幹細胞研究和應用仍面臨許多亟待解決的難題，幹細胞高質量體外培養就是其中之一。

南開大學生命科學學院楊軍教授課題組，經過20餘年的持續研究，開發出一套可以模擬體內微環境的幹細胞仿生賦能系統，有效解決了目前幹細胞體外培養效率低、費用高、安全性差、代際功能減損等問題，助力幹細胞研究更好地走向應用。

幹細胞培養難題：不夠用、不好用、不敢用、用不起

幹細胞，是人體發育過程中以及成體後體內存在的一類細胞，具有自我複製、多向分化等特點，常用於生長發育、疾病發生、藥物篩選等科學研究。

除此之外，幹細胞還可以用於疾病治療，例如胚胎幹細胞分化的眼角膜給患者帶來了光明；臍帶造血幹細胞可用於治療遺傳性或獲得性造血系統疾病；間充質幹細胞可對自身免疫病患者進行免疫調節等。

然而，通常幹細胞獲取比較困難，數量也極其有限。為了獲取足夠數量的幹細胞，必須進行體外擴增。但隨着擴增代數的增加，幹細胞的生物學功能會逐漸減弱，幹細胞可用代次受限，導致幹細胞資源稀缺、成本高昂，難以滿足龐大的市場需求，極大限制了幹細胞產業發展。因此急需一套解決幹細胞數量嚴重短缺的方案。

楊軍向記者介紹，目前的幹細胞培養系統存在四大痛點：增殖能力不足，細胞產量低；功能丟失，治療效果差；幹細胞純度低，安全風險大；細胞資源稀缺，生產成本高。簡而言之，現有的培養系統極易造成培養的幹細胞不夠用、不好用、不敢用和用不起的問題。

模擬體內微環境，補齊幹細胞最後一根“支柱”

“這是由於一般的幹細胞擴增使用的培養表面不能很好地模擬體內微環境導致的。”團隊負責人、南開大學生命科學學院博士生陳國強介紹，在多細胞生物中，沒有一個細胞是孤立狀態，細胞間的相互作用尤為重要。如果把幹細胞培養環境比作“房子”，細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胞間相互作用蛋白，分析其基因以及蛋白序列，隨後利用基因工程技術構建融合蛋白基因，通過生物合成技術穩定批量地製備人工基質蛋白產品，最後利用納米塗層技術在傳統材料表面形成人工基質蛋白塗層實現表面功能改性。

團隊製備的這一干細胞賦能系統，其基質成分明確穩定，量產純度大於95%，且為人源蛋白，能夠更好地調控人源幹細胞，更為安全。同時，該系統能大規模構建細胞間相互作用的核心蛋白，模擬體內微環境，從而使細胞功能得以維持。

此外，通過模擬調控幹細胞生長的微環境，新系統還縮短了幹細胞增殖週期，使可用的幹細胞數量大大增加，擴大了幹細胞的生產規模，降低了幹細胞的生產成本且減少了患者等待的時間。

“我們的培養技術補齊了幹細胞培養的最後一根‘支柱’，仿生幹細胞微環境，在體外構建了幹細胞生存之家，而且還是一個温暖舒適的‘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。”陳國強説。

幹細胞擴增技術成熟後，研究團隊又開啓了針對幹細胞不同用途賦能系統的開發。幹細胞的行為受到其所處的微環境影響，要想讓幹細胞發揮指定的功能，需通過微環境對其進行精準調控。

為實現這一目的，團隊不斷優化，先後開發出心肌修復、血管再生、免疫調節以及關節修復等4種幹細胞賦能系統。在相應疾病模型小鼠試驗中，相較於傳統基質表面培養的幹細胞，新系統培養的幹細胞具有更加顯著的治療效果。