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來源：Cell Regen編輯部
人類多能干細(xì)胞（human pluripotent stem cells, hPSCs）包括胚胎干細(xì)胞（ESCs）和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs），具有分化出多種細(xì)胞組織的潛能，是體外生產(chǎn)血細(xì)胞的重要來源之一。隨著對造血機(jī)制了解的深入，由hPSCs生成造血祖細(xì)胞、前體細(xì)胞的效率也隨之增高。然而，通過hPSCs大規(guī)模生產(chǎn)出有功能的成熟血細(xì)胞并應(yīng)用于臨床仍有難度。
體內(nèi)胚胎造血示意圖
近日，浙江大學(xué)黃河／錢鵬旭課題組在Cell Regeneration上發(fā)表了題為“Generating hematopoietic cells from human pluripotent stem cells: approaches, progress and challenges”的綜述文章，較為全面地總結(jié)并比較近年來從hPSCs中生產(chǎn)造血干／祖細(xì)胞（hematopoietic stem/progenitor cells, HSPCs）和成熟血細(xì)胞的各種最新方法。此外，文章也探討了生產(chǎn)臨床級別血細(xì)胞的主要挑戰(zhàn)及可能的解決方法。
在臨床上，造血干細(xì)胞和終末分化血細(xì)胞總是供不應(yīng)求。hPSCs衍生的HSPCs和成熟血細(xì)胞在移植、免疫治療、輸血等治療上具有巨大潛力。文章詳細(xì)總結(jié)了從hPSCs衍生HSPCs、淋巴細(xì)胞、巨核細(xì)胞／血小板、紅細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、粒細(xì)胞的方法。
體外誘導(dǎo)hPSCs生成血細(xì)胞的方法及hPSCs來源血細(xì)胞的潛在應(yīng)用
目前體外產(chǎn)生HSPCs的方法有擬胚體的形成、基質(zhì)細(xì)胞系共培養(yǎng)、添加細(xì)胞因子和小分子等，但這些方法的培養(yǎng)環(huán)境與體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境差別較大。近期有研究采用了三維（3D）培養(yǎng)系統(tǒng)，如自組裝肽水凝膠可以模擬體內(nèi)造血微環(huán)境以提高造血分化的效率。基于造血干細(xì)胞起源于造血內(nèi)皮細(xì)胞（hemogenic endothelium， HE）的研究基礎(chǔ)，研究人員將先hPSCs誘導(dǎo)成HE，再進(jìn)一步分化成有功能的HSPCs，這一分化體系很好地模擬了體內(nèi)造血過程，具有較大的應(yīng)用前景。此外，也有研究通過在小鼠體內(nèi)形成畸胎瘤的方式來生成HSPCs。
目前，從hPSCs到淋巴細(xì)胞的體外分化體系相對成熟，而CAR改裝過的hPSCs再誘導(dǎo)成相應(yīng)的CAR-T和CAR-NK也為細(xì)胞免疫治療提供了全新的思路。而相較于傳統(tǒng)的CAR-T，CAR-NK具有無需HLA匹配、與治療相關(guān)的毒性和GVHD發(fā)生率較低等優(yōu)勢。之前的研究已經(jīng)證明了人ESCs和OP9共培養(yǎng)過程中具有分化為B細(xì)胞的潛能，但從hPSCs體外產(chǎn)生具有功能的B細(xì)胞仍具挑戰(zhàn)性。
通過HSPCs與OP9或C3H10T1/2基質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)、調(diào)控關(guān)鍵基因可以提高血小板的產(chǎn)量。在臨床應(yīng)用中，為了防止輸血不匹配，需要生產(chǎn)普適性高的血小板。近期有研究通過CRISPR/Cas9技術(shù)從hPSCs中敲除HLA class I分子從而產(chǎn)生通用型血小板。目前體外誘導(dǎo)生成的紅細(xì)胞的成熟β-珠蛋白表達(dá)和脫核率都很低，因此，探索誘導(dǎo)生成的紅細(xì)胞和體內(nèi)天然生成的紅細(xì)胞的差異可能是一個重要突破口。
相較于淋系和紅系，髓系的體外分化受到的關(guān)注較少，通過使用不同組合的細(xì)胞因子，可以更適合地產(chǎn)生特定類型的髓系細(xì)胞。目前hPSCs誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞已經(jīng)用于與癌癥治療相關(guān)的研究；hPSCs誘導(dǎo)的肥大細(xì)胞可以作為臨床上對過敏原的新型測試系統(tǒng)。
hPSCs的無限增殖能力具有很高的臨床價值，但是其在應(yīng)用上仍具有一定的局限性，比如成瘤性、免疫原性和異質(zhì)性。為了提高臨床應(yīng)用的安全性，可以提高h(yuǎn)PSCs來源的血細(xì)胞的純度或讓hPSCs攜帶自殺基因。目前，盡管有多種方法可用來提升hPSCs來源的血細(xì)胞的產(chǎn)量和成熟度，但大規(guī)模生產(chǎn)適用于臨床的成熟血細(xì)胞仍較為困難。提高h(yuǎn)PSCs來源血細(xì)胞的成熟度，開發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效、成分明確的無血清誘導(dǎo)體系，利用能夠模仿體內(nèi)環(huán)境的生物反應(yīng)器，有望解決hPSCs來源血細(xì)胞面臨的轉(zhuǎn)化困境，為血液病患者帶來福音。