重磅丨人类终于首次成功生产出造血干细胞！为血液疾病患者带来生机

经过 20 年不懈的努力，科学家们终于实现了一个伟大的目标：成功地将成熟细胞转化成原始血细胞（可以自我更新）以及血液中其他细胞。这项研究成果刊登在 5 月 17 日的《自然》杂志上。

图丨干细胞可以培养成各类型人体细胞

这项成果为白血病或其他血液疾病的患者带来了新的希望。以往，这些患者通常需要进行骨髓移植，但寻找到可兼容供体者的概率却十分之小，导致很多人因此无法得到及时的治疗。

如果上述研究成果可以顺利转化为临床治疗方法，类似的悲剧就可以得到避免，因为患者们可以依靠自身健康细胞诱导出造血干细胞。

通常而言，造血干细胞产生于在胚胎发育期间，而成年人的造血干细胞存在于骨髓之中，并负责补充红细胞、白细胞和血小板的供应量。而当这些细胞不能正常工作时，血红细胞的供应就会受到影响。一旦没有足够的血液抵达身体组织，甚至影响到心脏等器官时，就会导致严重疾病。

可以说，大部分白血病都直接或间接与造血干细胞异常相关。

图丨红细胞（右）、白细胞（左）和血小板（上）

正常的造血干细胞具有长期自我更新的能力，以及分化成各类成熟血细胞的潜能。自 1998 年人的胚胎干细胞（ES）被成功分离出来，科学家们就一直在尝试着用它们去“制造”造血干细胞，但一直没能获得成功。

因此，此次研究成果意义重大，这得益于以下两个实验室的各自工作：

一、麻省波士顿儿童医院的团队；该团队由干细胞生物学家 George Daley 领导，他们创造了一种类似于血液干细胞，但又不同于人体细胞的干细胞。

二、纽约市威尔康乃尔医学院的团队；由干细胞生物学家 Shahin Rafii 领导，他们将小鼠体内的成熟细胞诱导成了完全成熟的造血干细胞。

图丨造血干细胞和祖细胞，它们是由研究人员通过诱导人类多能干细胞制备而来的

那么他们是如何实现的呢？

麻省波士顿儿童医院 George Daley 的团队选择将成人皮肤细胞和其他细胞作为原材料。他们先通过现有的方法将细胞重新编程，使其转变为诱导型多能干细胞（iPSC）——这种细胞能够分化产生其它类型的细胞。

图丨干细胞生物学家George Daley

接下来，该团队进行了非常有创造力的一步：将 7 个转录因子（能够控制其他基因表达的基因）插入到iPS细胞的基因组中，并将这些被修饰了的人细胞注射入小鼠体内中进行培养。

12 周后，研究团队迎来了一个令人欣喜的结果：iPS细胞已经转化成了造血干细胞，它可以产生人体血液中的各种血液细胞以及免疫细胞，而且这种细胞与人体中天然存在的造血干细胞“出奇得相似”。

图丨诱导型多能干细胞

然而，以往的生物学认为，只有植物细胞，才能完成去分化和再分化过程，回到多能干细胞状态再分化成其他组织，而动物细胞只能不断继续分化的命运，直到终老。

直到 2006 年，这一曾经被写入教科书的生物学“常识” 被日本京都大学山中伸弥教授打破：他从 24 种与多能干细胞功能相关的转录因子中，找到四个对逆转已分化细胞充分必要的转录因子：Oct4，Sox2，cMyc和 Klf4，成功使它们去分化成多能干细胞。

这四个重编程因子后来被称为“山中因子”。2012年， 山中伸弥也因对iPSC 技术的贡献荣获诺贝尔医学奖。

图丨山中伸弥

iPSC技术从 2006 年发表以来一直备受瞩目，“山中因子”的经典配方也被后人持续更新，甚至发展出单纯小分子诱导版本。从临床角度，iPSC技术最大的优势就在于，可以避免使用伦理争议性较大的胚胎干细胞，一点皮肤，一点毛囊就可以转变成任意体细胞。

相比之下， 纽约市威尔康乃尔医学院 Shahin Rafii 的团队则是避开了诱导 iPS 细胞这个中间步骤，从小鼠中生产出真正的造血干细胞。他们的步骤如下：

一、研究人员首先从成熟小鼠的血管内层提取了细胞；

二、他们将四个转录因子插入到这些细胞的基因组中，接着用模拟人血管内环境的培养皿培养它们；

三、这些细胞转变成了血液干细胞并开始增殖。

图丨干细胞生物学家Shahin Rafii

当研究人员将这些干细胞注射到放疗后的小鼠（大部分血细胞和免疫细胞已被杀死）时，他们发现，小鼠可以从放疗损伤中恢复过来！这意味着，这些干细胞实现了血细胞再生（包括免疫细胞），小鼠因此可以继续存活，并且生存期超过了 1.5 年。

由于绕过了 iPS 细胞阶段， Shahin Rafii 将这种方法比作“直达月球的航班”，而将 George Daley 的方法比作为“先绕月球飞行后再抵达月球的航班”。也就是说，他认为自己的方法更加直接、省时和高效。

但是，George Daley 和其他研究人员相信，他们所使用的方法更有效，而且引起肿瘤生长和其他异常出现的概率更小。

图丨人体肿瘤

对此，加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯研究所的干细胞研究员 Janne Loring 在接受采访时表示，最佳的方法可能是仅仅去临时改变 iPS 细胞中的基因表达，而非永久性地插入具有编码转录因子的基因。

她指出，iPS 细胞容易从皮肤和其他组织中获取，而 Shahin Rafii 方法中的细胞却难以采集并在实验室培养。

无论如终，时间最终会证明哪种方法更适合实际情况。不过，这些进展已经足够鼓舞那些曾经感到希望渺茫的研究人员。此前，很多人已经对此不抱希望了，他们甚至认为，这些细胞在大自然中并不存在。事实证明，这种想法是错误的。

编辑：Chunjing_B

参考：http://www.askdrray.com/category/stem-cells/

https://www.nature.com/news/lab-grown-blood-stem-cells-produced-at-last-1.22000

https://en.wikipedia.org/wiki/Induced_pluripotent_stem_cell

https://www.nature.com/news/how-ips-cells-changed-the-world-1.20079

「DeepTech深科技」招募编辑记者

（人工智能、生物医学、自动驾驶等方向）

工作地点：北京 ● 国贸

申请加入：[e-mail]

热点（点击关键词查看）

人工智能 丨 量子计算 丨 合成生物学 丨 金属氢 丨 时间晶体 丨 区块链 丨 半导体 丨 激光雷达 丨 桌面打印 丨 人造子宫 丨 空中取水 丨 基因编辑 丨 海水淡化 丨 图灵奖 丨 超级高铁 丨 无鸡鸡肉 丨 人兽嵌合体 丨 钢铁骨骼 丨 高熵合金 丨 新固态电池   超级细菌 丨 渗透能 丨 量子纠缠 丨 垂直农场 丨 核聚变

人物

深度