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摘要：自从1988年运用脐带血移植治愈了Fanconi患者以来，便开始了脐血的研究，脐带血已经广泛应用于临床，体外进行脐带血造血干细胞(CB HSCs)的扩增可以产生数量较多的细胞，解决了单份脐带血移植的缺陷。本文介绍了脐带血造血干细胞扩增技术的研究进展。
关键词：脐带血；造血干细胞；扩增技术
1脐带血造血干细胞(CB HSCs)可移植性
研究表明CB中有丰富的HSCs，其含量与骨髓（BM）是一致的，但是HSCs亚群的比例不同。CB的单个细胞中CD34+的细胞含量低于BM，CD34+/CD38-的细胞含量与BM相似，CD34+/CD38-/HLA-DR-的细胞含量高于BM，CB HSCs的扩增和增殖能力要高于BM HSCs，可以对体外扩增的HSCs造血能力进行重建。如果将CB以及BM CD34+细胞输入体内，可以产生同样的造血能力，如果将它们移植入SCID-hu bone 小鼠体内，CB的植入效果要优于BM。CB HSCs会分泌一些满足自身成长的因子，受到细胞因子的作用，CB HSCs会迅速的进行细胞增殖，且其细胞粒端长于BM细胞，表明CB HSCs具有可移植性。
2影响体外扩增的因素
CB HSCs的体外扩期特性受到许多因素的影响，如培养条件、细胞因子等。下面分别进行介绍。
2.1起始培养细胞
进行造血干细胞扩增研究时，用分选CD34+做为起始培养细胞，进行体外扩增，CD34+细胞的纯度对其定向分化能力具有决定性的作用，因为这些非纯化细胞会消耗大量的营养物质，改变培养体系的PH值，通过细胞纯化可以减少脐带血标本中的非目标细胞的含量。通过对CD34+的纯化效果与HSCs的扩增效果进行对比，可以看到CD34+细胞和总HSCs扩增比例要高于HSCs。CD34+的纯度对细胞扩增程度也会产生影响，如果纯度为62%，则可以收到最好的细胞扩增效果，实验表明并非纯度越高扩增效果就越好，具体原因可能是CD34+纯化技术会丢失部分细胞。有研究表明在CD34+细胞之前会存在CD34-的HSCs，其具有更加强大的造血重建能力，比CD34+细胞具有更高的造血细胞谱系，在分选CD34+细胞时会丢失一些表述为CD34-的造血重建细胞。有时也会用HSCs做为起始培养细胞，但是脐带血HSCs的体外扩增能力不如CD34+细胞，CB中的辅助细胞对CD34+细胞的扩增不会造成影响，与CFU-GM一起的CD34+细胞扩增能力会增加3倍。CB CD34+细胞纯化是必须的，但并不是纯度越高越好，纯化如果适度会减少标本的体积，保留了一部分淋巴细胞和单核细胞，会增加CD34+细胞的扩增能力。
2.2培养体系
2.2.1基质细胞层
很多基质细胞系会用来进行早期造血调控机制的研究，具有体外扩增的能力。如果在临床上应用体外扩增细胞，这些基质细胞可能会受到微生物的感染，会引发传染性疾病，所以寻找新的基质细胞是非常重要的。Kohler T等研究了脐静脉内皮细胞和骨髓基质细胞对CB HSCs扩增的作用，分析了扩增后CD34+细胞、CD34+/CD38-细胞亚群的比例。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆BMSC的的添加会促进CD34+细胞的增殖，说明体外CD34+细胞的扩增受到BMSC的协助。产生这种差异的原因是骨髓基质结构支持HSCs的生长。基质细胞会产生一些细胞因子和基质支持HSCs体外扩增。
骨髓间充质干细胞会提供一个适合细胞因子、胞外基质和粘附分子附着的造血微环境，在此微环境下，更有利于干细胞的增殖，同时其可以分泌白细胞介素，巨噬细胞集落刺激因子和干细胞因子支持骨髓LTC-Ics的生长。脐血MSCs进行体外扩增，MSCs会对CD34+细胞产生影响，使得CD34+表面形成的CD34+/CD38-/HLA-DR-高于单细胞因子，且MSCs存在条件下，扩增后的CD34+细胞会保持自身原有的状态。
如果一个培养体系有助于人造血细胞体外生长，那么该培养体系中一般含有基质细胞，但有关实验也证明无基质细胞的培养体系也对CB MSCs体外扩增有促进作用。如果将其应用于临床，无基质培养体系会简化培养过程，减少细菌污染的机率，减轻患者病经济负担。
2.2.2血清
血清是天然培养基，营养丰富，可以促进细胞的生长与繁殖，目前最常用的是小牛血清。如果在临床上使用含有异源血清的培养体系扩增的细胞，则容易会引起污染。于是人们开始尝试用人体血浆来替代异源血清和无血清培养体系。CB血浆与人体血浆相比，CD34+细胞的扩增能力更强，CB血浆中含有较高水平的细胞因子，会激活休眠细胞。有研究表明，若培养体系中含有CB血浆，细胞的扩增效率会增加，而其中CD34+细胞与CD34+/CD38-细胞数量却会明显降低。如果将该培养体系用于临床细胞培养，所培养细胞会产生一些抗血清成份，将该培养基扩增的细胞输入受体，会引起免疫排异反应；如果培养体系不含血清，可能会更适用于临床。无血清培养基QBSF-60支持CFCs细胞的扩增，也支持CB MSCs细胞的体外扩增，也可以用于体外扩增CB MSCs细胞。
2.3细胞因子
对CB MSCs进行体外扩增，则在其培养体系中必须加入相应的细胞因子。细胞因子会使造血干细胞发生特异性分化，从而用于不同的临床需求，发挥相应的生物学功能，同时，在细胞因子对辅助细胞的扩增也会发挥有益作用。单纯使用细胞因子的加入对细胞进行体外扩增，其扩增能力会受到限制，细胞扩增1周可能会失去重建造血功能的能力，所以，现在的大多数培养体系都采用与多细胞因子联合使用的技术，如早期细胞生长因子、血小板生成素及SCF，这些成分都会促进原始造血干细胞的生长，保证干细胞质量的稳定性。
早期细胞生长因子可以促进CB CD34+细胞体外扩增的能力，使CD34+细胞以及成熟细胞可以保持较高的扩增水平。IL-3是一种有效的早期细胞生长因子，如果缺乏IL-3，细胞的增殖效果会明显下降。如果短期培养CD34+细胞，IL-3的存在会增加扩增细胞的数量。IL-3还可以刺激成熟血细胞的生长与分化。在加入IL-3培养后，CD34+/CXCR4+的细胞数量降低，但细胞数量的绝对数是增加的，IL-3作用后可以产生较多的人源细胞，说明IL-3是培养细胞和维持细胞原有特性所必须的生长因子。有研究人员将CB MNCs/CD34+细胞和IL-3进行共培养，其培养结果也证明了上述观点，如果将首次移植后的骨髓细胞进行传代或者二次移植，则植入成功率会降低。IL-3支持初次移植人源细胞的增殖，降低了MSCs细胞的的再植入能力。
3脐血造血干细胞体外扩增后细胞性质的变化
3.1植入潜能
脐血造血干细胞进行体外移植，如果要保证细胞长期植入的有效性，那植入细胞的质量对临床移植具有重要的意义。利用NOD/SCID小鼠作为实验模型，比较了体外培养前后CB CD34+细胞的植入能力，发现培养前的CB CD34+细胞植入能力更强，但是培养后的CB CD34+细胞的扩增能力更强，说明体外扩期会影响细胞的植入能力，但不会影响CD34+细胞的扩增能力。
3.2细胞活力和凋亡
细胞活力和凋亡水平是衡量指标之一，可以通过检测这两种指标来对脐血造血干细胞的移植质量进行评价，如果移植培养了10天以内的细胞，那么移植后细胞活力较强，体外培养时间越久，细胞移植后的活力越弱；如果采用二步扩增法，培养14天时的细胞活力可以达到97%。之后，随着培养时间的延长，培养细胞会发生凋亡，该现象与细胞分裂增殖或者细胞因子的作用有关。如果培养体系含基质层，扩增细胞的凋亡率会有多降低。
3.3端粒及端粒酶活性
端粒长度可以衡量细胞的增殖潜能，经过14天的体外扩增，CD34+细胞扩增了近40倍，细胞端粒长度未发生明显的缩短，但细胞的端粒酶活性增高，这可能是端粒酶被激活所产生的有益作用，这也说明CD34+细胞扩增后会保持原有的造血功能。
4小结
研究发现，在进行脐血造血干细胞的体外培养时，细胞因子的联合使用可以促进钙细胞的高效稳定扩增，通过该扩增技术的发现，可以对CB MSCs进行大规模体外扩增，以满足临床需求。体外扩增体系会使CB MSCs高效扩增，细胞因子会诱导干细胞定向分化。可以将CB分为两部分，一部分用于体外扩增，一部分通过加入不同的细胞因子，使细胞定向分化为需求细胞，以应用于临床，实现脐血造血干细胞的高效稳定移植。也可以将脐带血干细胞细胞分为两部分，一部分用于移植后造血重建，一部分用于扩增前体细胞，以促进移植后造血恢复。
参考文献：
1、林福玉，陈昭烈，刘红等.大规模动物细胞培养的问题及对策，生物技术通报，1999（1）：32-35.
2、童海宝，生物化国内外进展及对其发展战略的粗浅看法，全国精细化工发展战略研讨会论论文集，2012.
论文作者:曾宪卓 陈帅 王一飞 舒辉萍 张捷,滕娇,李德智 莫建华
论文发表刊物:《医师在线》2016年10月第19期
论文发表时间:2016/11/29
标签：细胞论文; 体外论文; 细胞因子论文; 基质论文; 能力论文; 体系论文; 造血干细胞论文; 《医师在线》2016年10月第19期论文;