一種化(huà)學成分(fēn)明(míng)确、無生長(cháng)因子、低成本的(de)人(rén)多(duō)能幹細胞擴增培養系統

人(rén)多(duō)能幹細胞（hPSC）包括人(rén)胚胎幹細胞（hESC）和(hé)人(rén)誘導多(duō)能幹細胞（hiPSC），可(kě)無限自我更新并分(fēn)化(huà)成人(rén)體體細胞的(de)所有主要譜系。這(zhè)些特性使其廣泛适用(yòng)于再生醫學和(hé)移植治療。要在質量可(kě)控的(de)情況下(xià)實現大(dà)規模的(de)、經濟的(de)hPSC生産，以用(yòng)于細胞治療和(hé)藥物(wù)篩選，需要一個(gè)化(huà)學成分(fēn)明(míng)确的(de)、無外源蛋白且低成本的(de)培養系統。盡管目前已經開發了(le)多(duō)種無外源蛋白的(de) hPSC培養系統，但仍需添加昂貴的(de)人(rén)重組蛋白。由于适合臨床細胞應用(yòng)的(de)重組蛋白的(de)生産成本較高(gāo)，阻止了(le)hPSC在臨床和(hé)工業應用(yòng)中的(de)成本控制，而與這(zhè)些重組蛋白具有相似功能的(de)化(huà)合物(wù)可(kě)能是一種有價值且經濟的(de)替代解決方案。

在目前已有的(de)hPSC培養體系中，Essential 8是最簡單的(de)、成分(fēn)明(míng)确的(de)培養基，因爲它僅含有四種蛋白質：胰島素，轉鐵蛋白，轉化(huà)生長(cháng)因子-β（TGF-β）和(hé)高(gāo)劑量堿性成纖維細胞生長(cháng)因子（bFGF）。其中胰島素和(hé)轉鐵蛋白可(kě)大(dà)量生産并且易于獲取。bFGF和(hé)TGF-β參與hPSC多(duō)能性調控的(de)複雜(zá)分(fēn)子機制。之前已有研究顯示，經典Wnt信号通(tōng)路參與了(le)hPSC的(de)分(fēn)化(huà)，與ID-8（一種雙特異性酪氨酸磷酸化(huà)調節激酶的(de)化(huà)學抑制劑（DYRK））的(de)組合可(kě)支持hPSC的(de)自我更新。使用(yòng)Wnt3a和(hé)ID-8可(kě)代替bFGF和(hé)TGF-β的(de)的(de)作用(yòng)。然而，重組Wnt蛋白的(de)生産成本仍然是昂貴的(de)。

本研究中，研究人(rén)員(yuán)鑒定出了(le)能夠替代hPSC培養基中Wnt蛋白的(de)化(huà)合物(wù)，以及其它可(kě)促進細胞增殖的(de)化(huà)合物(wù)，開發出了(le)一種不含生長(cháng)因子、隻含有三種化(huà)學成分(fēn)的(de)hPSC培養基AKIT培養基。通(tōng)過對(duì)染色體核型、多(duō)能性标志物(wù)的(de)表達及三胚層細胞分(fēn)化(huà)能力的(de)檢測，證明(míng)了(le)該培養基可(kě)支持hPSC的(de)長(cháng)期增殖（圖1）。另外，與含有生長(cháng)因子的(de)培養基相比，該培養基培養的(de)hPSC對(duì)糖酵解途徑的(de)依賴性更小。此外，該培養基還(hái)可(kě)用(yòng)于人(rén)真皮成纖維細胞或外周血單個(gè)核細胞來(lái)源的(de)誘導性多(duō)能幹細胞的(de)産生（圖2）。

相對(duì)于目前已有的(de)商業化(huà)培養基，本研究研發出的(de)hPSC培養基含有更少的(de)重組蛋白，具有成本效益，解決了(le)轉化(huà)應用(yòng)中hPSC大(dà)規模生産的(de)諸多(duō)限制。因此本研究将有助于促進完全無外源蛋白、化(huà)學成分(fēn)明(míng)确的(de)hPSC培養系統的(de)開發。

圖1 利用(yòng)AKIT培養基長(cháng)期培養hESCs和(hé)hiPSCs後的(de)細胞鑒定

 

 

圖2 hiPSCs在不同培養基中的(de)誘導情況（a-d：HDF誘導的(de)hiPSCs；e-f：PBMC誘導的(de)hiPSCs）

 

參考文獻：

Chemically defined and growth-factor-free culture system for the expansion and derivation of human pluripotent stem cells. Nature Biomedical Engineering 2, 173–182 (2018). doi:10.1038/s41551-018-0200-7