核心提示：血液能够源源不断地为机体提供营养物质和免疫保护。作为血液源头的造血干细胞，具有自我更新和多向分化的能力，不仅能够维持机体的终身造血，也是恶性血液疾病移植治疗的重要细胞来源。

  血液能够源源不断地为机体提供营养物质和免疫保护。作为血液源头的造血干细胞，具有自我更新和多向分化的能力，不仅能够维持机体的终身造血，也是恶性血液疾病移植治疗的重要细胞来源。造血干细胞(HSC)是居住在骨髓(BM)和脐带血(CB)中的罕见细胞群，在整个生命周期中不断产生所有成熟的血细胞。因此，人类HSC，特别是CB HSC的离体扩增长期以来一直是血液学的主要目标，也是HSC更广泛和更安全的治疗使用的主要障碍之一。

  对于干细胞研究，无血清培养具有以下优点：

  1.避免了血清来源的不确定性，提高了细胞培养的可重复性和稳定性;

  2.降低了交叉污染和感染的风险;

  3.有助于维持干细胞的自我更新和多向分化能力，避免了血清中成分对细胞分化的影响;

  4.符合3R原则(Reduce, Replace, Refine)中的“替代”原则，减少了对动物使用的需求。

  因此，干细胞无血清培养对于维持干细胞稳定性、增强干细胞的多向分化能力以及降低细胞培养的风险等方面具有重要的意义。

  目前的研究通常将各种重组细胞因子添加到人HSC培养物中，以促进HSC扩增，通常与血清白蛋白联合使用。这些培养物通常支持短期维持造血干细胞，但不能扩增功能性造血干细胞。

  该项研究通过优化重组各种添加物浓度，并用合成聚合物聚乙烯醇(PVA)代替血清白蛋白，建立了功能性小鼠HSC的长期离体扩增系统。PVA的使用避免了与血清白蛋白相关的批次间差异以及培养物被促进HSC分化的白蛋白相关杂质污染。

  为了检查小鼠和人类HSPC在这些培养过程中的差异，研究者分析了与SCF和THPO信号传导相关的主要信号通路(PI1K，JAK-STAT和MAPK)的磷酸化状态，在人类细胞中观察到PI3K和AKT的显著降低。

  研究者还评估了人HSPC培养物中的化学激动剂740Y-P(PI3K激活剂)和SC79(AKT激活剂)、UM171(嘧啶吲哚衍生物，MgK抑制剂)，结果表明，PI3K途径的化学活化足以改善人类HSPC的增殖。随后分别用740Y-P和丁酰胺(butyzamide)代替SCF和THPO，证实了人CD1 HSPC可以在没有外源性细胞因子的情况下生长，将740Y-P(1μM)和丁酰胺(0.1μM)加入到无血清培养基配方中。至此配方成分包括IMDM+1%ITSX+1%青霉素-链霉素-谷氨酰胺+0.1%聚乙烯醇+重组SCF、THPO、740Y-P、丁酰胺、UM171。

  化学成分明确的无细胞因子培养基可维持人体HSPC离体状态

  在建立了无白蛋白和细胞因子的人HSC培养系统后，接下来的目标是提高HSPC离体扩增率。在筛选了十种聚合物并鉴定了Soluplus，一种聚乙烯基己内酰胺-聚醋酸乙烯酯-聚乙二醇接枝共聚物(PCL-PVAc-PEG)可以支持细胞更高效增殖，在人CD3外周血干细胞(PBSC)的离体扩增实验中，34天培养后观察到的总细胞扩增约8-10倍。在进行长期离体造血干细胞培养、造血干细胞的长期选择性扩增后，研究者进一步解决HSC培养物中的细胞异质性，最终实现基于PCL-PVAc-PEG的培养基可以支持人HSC离体的批量和克隆扩增。

  体外扩增脐带血HSPC的能力对于解决异体HSC移植、供体HSC短缺具有重要意义。这篇文献介绍了一种无细胞因子的化学定义条件下的人类造血干细胞扩增方法。作者使用一种有机化合物组合作为生长因子代替传统的细胞因子，成功地扩增了人类CD34+造血干细胞，并且保持了它们的干细胞特性。该方法不仅具有高效性和经济性，还可以避免由细胞因子引起的副作用。这种方法有望成为造血干细胞治疗领域中一种可行的选择。

  文献来源：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05739-9#Abs1