南開團隊開發干細胞仿生賦能系統 助力干細胞研究發展

隨著人類在生命科學領域探索的不斷深入，干細胞研究和應用已經成為科學界和全球生物醫藥行業關注的熱點之一，也成為包括我國在內的不少國家的重要科技戰略。盡管具有廣闊前景，但干細胞研究和應用仍面臨許多亟待解決的難題，干細胞的高質量地體外培養就是關鍵難題之一。

南開大學生命科學學院教授楊軍課題組，在20余年持續研究的基礎上，開發出一套可以模擬體內微環境的干細胞防生賦能系統，有效解決了目前干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，助力干細胞研究更好地走向應用。以課題組成員為骨干的學生創新創業團隊“奇府”，正致力于將這一研究成果推向市場。

干細胞是人體發育過程中以及成體后體內存在的一類細胞，具有自我復制，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。除此之外，干細胞還可以用于疾病治療，例如：胚胎干細胞分化的眼角膜給患者帶來了光明，臍帶造血干細胞用于治療遺傳性或獲得性造血系統疾病、間充質干細胞對自身免疫病患者進行免疫調節等。新冠肺炎疫情暴發以來，干細胞，尤其是間充質干細胞也被應用到重癥以及危重癥的救治研究當中。

然而，通常干細胞獲取比較困難，數量也極其有限。為了獲取足夠數量用于治療的干細胞，必須進行體外擴增。然而，隨著擴增代數的增加，干細胞的生物學功能逐漸減弱，這使得可應用的干細胞可用代次有限，導致干細胞資源稀缺，難以滿足龐大的市場需求，而其高昂的成本也極大限制了干細胞產業發展。因此亟需一套解決干細胞數量嚴重短缺的方案。

研究人員介紹，目前的干細胞培養系統存在四大痛點——增殖能力不足，細胞產量低;功能丟失，治療效果差;干細胞純度低，安全風險大;細胞資源稀缺，生產成本高。簡而言之，現有的培養系統極易造成培養的干細胞不夠用、不好用、不敢用和用不起的問題。

“這是由于一般的干細胞擴增使用的培養表面不能很好地仿生體內微環境導致的。” “奇府”團隊負責人、南開大學生命科學學院博士生陳國強介紹，在多細胞生物中，沒有一個細胞是孤立狀態，細胞間的相互作用尤為重要。如果把干細胞培養環境比作“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。

那么，如何實現體外微環境構建呢?研究團隊以干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，隨后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產品，最后利用納米涂層技術在傳統材料表面形成人工基質蛋白涂層實現表面功能改性。

“奇府”團隊通過先進基因工程技術制備的核心產品，其基質成分明確穩定，量產純度>95%，且為人源蛋白，能夠更好地調控人源干細胞，且更為安全。同時，“奇府”干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內微環境的仿生，從而使細胞功能得以維持。此外，“奇府”產品通過細胞間相互作用蛋白仿生調控干細胞生長微環境，縮短干細胞增殖周期同時延緩干細胞衰老，使可用的干細胞數量大大增加，擴大了干細胞的生產規模，降低了干細胞的生產成本且減少了患者等待的時間。

“我們的培養技術補齊了最后一根‘支柱’，仿生干細胞微環境，在體外構建了干細胞生存之家，而且還是一個溫暖舒適的‘陽光房’，達到高效增殖、安全使用、功能提升和成本降低的四大效果。”陳國強說。

“為了實現最好的干細胞培養效果，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。”項目骨干秦政介紹。

干細胞擴增技術成熟后，“奇府”團隊開啟了針對干細胞不同用途賦能體系的開發。干細胞的行為受到其所處的微環境的影響，要想讓干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，“奇府”團隊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，先后開發出心肌修復、血管再生、免疫調節以及關節修復等4種干細胞賦能體系。在相應疾病模型小鼠試驗中，相較于傳統基質表面培養的干細胞，“奇府”賦能的干細胞具有更加顯著的治療效果。

截至目前，“奇府”干細胞防生賦能系統涉及的相關技術現已獲得十余項國內外發明專利，發表科技論文100余篇。基于領先的仿生構建技術和良好的實驗效果，“奇府”團隊還將研究成果積極向產品轉化，將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產品。

“目前，我們的團隊已與國內干細胞生產企業和相關醫療機構達成良好的合作關系，將產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，將‘奇府’系列產品規模化推入市場，真正助力我國的干細胞研究和應用。”(作者：吳軍輝 陳彬)