“奇府”幹細胞仿生賦能系統微觀環境模型。受訪者供圖

■記者 袁一雪 通訊員 吳軍輝

幹細胞是人體發育過程中以及成體後體内存在的一類細胞，具有自我複制，多向分化等特點，常用于生長發育、疾病發生、藥物篩選等科學研究。此外，幹細胞還可以用于疾病治療，特别是新冠肺炎疫情暴發以來，幹細胞，尤其是間充質幹細胞被應用于重症以及危重症的救治研究中。

隻是幹細胞獲取比較困難，數量也極其有限。為了獲取足夠數量用于治療的幹細胞，必須進行體外擴增。然而，随着擴增代數的增加，幹細胞的生物學功能會逐漸減弱，這使得能夠應用的幹細胞可用代次有限，導緻幹細胞資源稀缺，難以滿足龐大的市場需求，而其高昂的成本也極大限制了幹細胞産業發展。因此急需一套解決幹細胞數量嚴重短缺問題的方案。

為此，南開大學生命科學學院教授楊軍課題組，在二十餘年持續研究的基礎上，開發出一套可以模拟體内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。目前，以課題組成員為骨幹的學生創新創業團隊“奇府”，正緻力于将這一研究成果推向市場。

直擊幹細胞體外培養痛點

研究人員介紹說，目前的幹細胞培養系統存在四大痛點：增殖能力不足，細胞産量低；功能丢失，治療效果差；幹細胞純度低，安全風險大；細胞資源稀缺，生産成本高。簡言之，現有的培養系統極易造成培養的幹細胞存在不夠用、不好用、不敢用和用不起的問題。

“這是由于一般的幹細胞擴增使用的培養表面不能很好地仿生體内微環境導緻的。”“奇府”團隊負責人、南開大學生命科學學院博士生陳國強解釋說，在多細胞生物中，沒有一個細胞是孤立狀态，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”就搖搖欲墜。

那麼，如何構建體外微環境呢？研究人員以幹細胞仿生培養材料入手，全面優化配套培養體系。

首先，研究團隊篩選多種細胞間相互作用蛋白，分析其基因以及蛋白序列，随後選擇幾種基因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制備人工基質蛋白産品，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。

構建幹細胞“生存之家”

研究人員通過先進基因工程技術制備的核心産品，其基質成分明确穩定，量産純度＞95%，且為人源蛋白，能夠更好地調控人源幹細胞，且更為安全。同時，該幹細胞賦能體系大規模構建細胞間相互作用的核心蛋白，很好地在培養平面上實現了體内微環境的仿生，從而使細胞功能得以維持。

此外，研究人員通過細胞間相互作用蛋白仿生調控幹細胞生長微環境，縮短幹細胞增殖周期的同時延緩幹細胞衰老，使可用的幹細胞數量大大增加，擴大了幹細胞的生産規模，降低了幹細胞的生産成本且減少了患者等待的時間。

“我們的培養技術補齊了最後一根‘支柱’，仿生幹細胞微環境，在體外構建了幹細胞生存之家，而且還是一個溫暖舒适的‘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。”陳國強說。

“為了實現最好的幹細胞培養效果，我們進行培養體系各組分詳細優化，從培養基質的成分配比、作用時間到培養基的選擇以及細胞消化液組成都進行了數百次以上的嘗試。”該項目研究成員秦政介紹。

力圖實現精準調控

幹細胞擴增技術成熟後，研究人員開啟了針對幹細胞不同用途賦能體系的開發。幹細胞的行為受到其所處微環境的影響，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，研究人員通過查閱各種疾病以及發生發育相關論文，不斷優化培養體系，先後開發出心肌修複、血管再生、免疫調節以及關節修複等4種幹細胞賦能體系。在相應疾病模型小鼠試驗中，相較于傳統基質表面培養的幹細胞，被“賦能”的幹細胞具有更加顯著的治療效果。

截至目前，該幹細胞仿生賦能系統涉及的相關技術現已獲得十餘項國内外發明專利，發表科技論文100餘篇。基于領先的仿生構建技術和良好的實驗效果，研究人員還将研究成果積極向産品轉化，将人工基質蛋白及其配套的培養體系簡化組合形成了簡單易用的試劑盒産品。

“目前，我們的團隊已與國内幹細胞生産企業和相關醫療機構達成良好的合作關系，将産品提供給合作單位進行試用，得到了很好的評價反饋。未來，我們希望以市場化的方式，将‘奇府’系列産品規模化推入市場，真正助力我國的幹細胞研究和應用。”

來源： 《中國科學報》

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