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有望改变每年肝移植不超6千人困境,科学家建立体外规模制备可移植肝细胞体系
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来源:上观新闻 作者:黄海华 2021-01-14 06:01
摘要:“我们现在选择的是从半山腰出发”

解放日报•上观新闻报道:我国各类肝病患者总数超过三亿,每年死于终末期肝病的患者人数超过100万。肝移植是治疗终末期肝病的最有效手段,但由于供体严重匮乏,我国每年接受肝移植的患者人数不超过6千。体外再造肝脏组织/器官可以解决供体来源问题,但对肝脏细胞的数量、纯度、质量及安全性等提出了很高要求。因此,建立高效的肝脏细胞体外大规模制备及质检体系,成为当今转化医学研究的热点和难点

日前,中国科学院分子细胞科学卓越创新中心程新研究员、北京大学生命科学学院徐成冉教授、分子细胞卓越中心陈洛南研究员和上海长征医院殷浩教授合作,不仅找到了规模化制备肝脏细胞更为理想的种子细胞,还建立了相应的质检体系。

【从半山腰出发,可以更快捷地到达山脚下】

长期以来,各国研究人员以人多能干细胞(包括胚胎干细胞和诱导多能干细胞等)为种子,在体外制备肝脏细胞。然而,肝脏包含超过10的11次方肝实质细胞和约10的10次方胆管上皮细胞,目前能够制备这么多细胞的规模化培养体系尚未建立;并且预期制备成本惊人,仅细胞增殖和分化所需试剂耗材一项,就需上千万元人民币;任何残留的未分化细胞还可能在体内形成肿瘤;多能干细胞来源的肝脏细胞无论在纯度和功能上均与成体细胞还有相当差距。

在之前的研究中,程新等人建立了一种新型的干细胞系——“人类内胚层干细胞系”,这些种子细胞来源于多能干细胞,但更接近成熟细胞。据介绍,“人内胚层干细胞”除保留了体外无限增殖及可建立病人个体化细胞系的优点外,其突出特点是能在体外高效转化为肝、胰、小肠等细胞,因而是体外规模化制备肝脏细胞更为理想的种子细胞。

在此基础上,程新团队及其合作者建立了基于人类内胚层干细胞系的肝脏细胞体外规模制备体系。“打个比方,过去的方法就像是一个皮球要从山顶出发,沿着多种分叉的路线滚到山脚下,但由于山高路陡以及中间步骤繁多,皮球可能会随机滚到其他地方。从山顶出发,路途遥远,易出错、效率低、成本高;更有甚者,那些来不及变化的细胞就像直接凌空跌落至山脚的皮球,这些细胞在体内有形成肿瘤的风险。我们现在选择的是从半山腰出发,通过更为精准的控制方法使皮球按照特定的路线前进,可以更快捷、更准确地到达山脚下。”程新告诉解放日报•上观新闻记者。

【对细胞群像进行“面部识别”】

“据估计,体外制备的肝脏细胞数量需达到肝脏细胞总数的10分之一,才能发挥足够的代偿功能。我们在300毫升的培养体系中,在30天内即可获得10的9次方肝实质细胞,以及10的8次方胆管上皮细胞,在效率上比现有的基于多能干细胞的肝脏细胞制备体系提高了10倍以上;最终获得的肝脏细胞的纯度达到95%以上。如此一来,只需利用10个500 毫升培养瓶即可获得足量的、具有成体细胞功能的肝脏细胞。这一体系有望大大提高临床应用的安全性,因为作为种子细胞的内胚层干细胞在体内会快速转变成其他成体细胞,即使体系中有少量未分化细胞残留,也不会‘疯狂生长’形成肿瘤,所以比多能干细胞更安全。”程新说。

体内外功能实验显示,规模制备的肝脏细胞具有成体细胞的分泌、代谢及解毒功能,接近甚至优于体外培养24小时的原代肝实质细胞,可作为药物筛选及毒理的优质体外模型;包囊化的肝实质细胞,经移植后可挽救急性肝衰竭动物,有望用于肝病的细胞治疗;胆管上皮细胞在小鼠肾包囊下可形成典型的胆管网络。这些结果显著优于其他已报道的基于干细胞的肝脏细胞体外制备体系,为临床及体外应用提供了技术保证。

要确保种子细胞按计划一步步变成想要的细胞,这就需要对“流水线”进行质量控制。“我们利用先进的单细胞测序技术,对群体中的每个细胞进行精准的‘面部识别’,有助于更深入地认识和筛选我们想要的细胞类型。”

谈及未来的研究方向,程新表示将聚焦体系的优化完善,包括寻找更优的种子细胞类型和探索肝病细胞治疗的可行性。“比如,能否找到离‘山脚’更近的种子细胞,以进一步提高效率和降低成本。同时,我们正在探索在体外构建具有血管和胆管网络的再生肝组织,为肝病的移植治疗提供用之不竭的组织器官来源。”

栏目主编:黄海华 文字编辑:黄海华 题图来源:视觉中国 图片编辑:雍凯
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