“人工血液”獲突破，可以緩解“血荒”？

軍事醫學科學院野戰輸血研究所、全軍干細胞與再生醫學重點實驗室裴雪濤團隊歷經10年集智攻關，建立了“人工血液”制備工藝，并通過干細胞技術成功制備出“人工紅細胞”。經軍地衛生和藥監權威機構檢測，該“人工紅細胞”與正常紅細胞的血紅蛋白含量、攜氧能力和滲透脆性等各項指標基本一致，是干細胞來源、體外制備最接近臨床應用的生物科技成果，擴增率可達10萬倍以上，明顯優于以往技術水平，為規模化生產奠定了重要基礎，使我國干細胞制備“人工血液”的研發水平進入國際一流行列。

“人工血液”制備工藝是一種怎樣的工藝？

血液是生命之泉，是人體生理功能正常運轉的基礎和根本，具有保證體內物質正常運輸、保持體內環境穩定以及防御和調節正常生理機能的重要作用。正常人的血液總量約占體重的8%左右，體重60公斤的人體其血液總量在4500到5000毫升，如果由于創傷、手術或者其他原因失血量超過血液總量的25－30%，則必須采取輸血搶救措施。干細胞領域的快速發展以及突破性的研究進展使得體外獲得和正常血細胞完全一樣的血細胞替代產品成為可能,而也正是“人工血液”研發的出發點。

基于干細胞技術的“人工血液”研發是指利用干細胞的高度增殖能力和多向分化潛能，通過細胞工程的技術，在體外模擬或部分模擬體內的造血過程（包括基質細胞的支持和造血生長因子的調控等），對干細胞進行體外擴增、定向誘導分化、功能激活與調控等，在短時間內大量獲得早期造血干/祖細胞及各階段的造血前體細胞，以及定向誘導擴增大量的紅細胞以及巨核細胞/血小板、淋巴細胞等功能性血細胞和免疫活性細胞，并可對部分細胞的功能進行激活和調控，誘導分化的細胞將最終用于血細胞輸注和造血細胞移植。這次成功制備出的“人工紅細胞”就是“人工血液”研發的一部分。

貫穿“人工血液”制備工藝始末的就是一系列干細胞程序性高效擴增與血液定向誘導分化關鍵技術的集成創新，包括“干細胞、祖細胞、終末細胞”這3個關鍵環節，這三個環節正是“人工血液”制備工藝的限速步驟，正如一串項鏈上最耀眼的三顆珍珠，十余年來，我們一直專注于這三個關鍵點的研究，在關鍵點取得突破，然后“以點帶線”，并在今后逐步“由線及面”，穩步提高干細胞定向誘導分化和擴增的效率，從而在在規模化制備紅細胞環節取得新突破。

“人工紅細胞”的擴增率為何能達10萬倍以上？

在紅細胞的體外制備方面，從造血干細胞起始，步驟相對簡單，程式也已基本固定，主要是利用骨髓和臍帶血來源的造血干/祖細胞進行擴增和誘導。程序化的誘導方案大致可總結分解成三個階段，首先是譜系分化的定向誘導，誘導干細胞向紅系發育，第二階段是對紅系前體細胞的擴增，第三階段則是紅細胞的脫核與成熟。

這個擴增率主要基于從CD34表面標志物陽性的造血干/祖細胞作為起始細胞進行計算，換句話說，目前我們的技術可以做到從1個造血干細胞，或者含有1個造血干細胞的細胞群體開始進行程序性誘導擴增，最后可得到約10萬個“人工紅細胞”，達到國際一流水平，目前國外取得的最好的擴增率也大致如此。為實現這樣一個目標，研發團隊開展了一系列技術體系的優化和完善，包括采用小分子添加劑提高細胞擴增效率、通過表面活性劑提高紅系分化效率和細胞活性、采用無基質培養體系誘導紅細胞脫核及三維培養培養體系進行擴增等等。

這套技術另外一個特點在于更貼近應用，通過對生產工藝的優化，利用提高終末細胞產量、將整個生產過程流水線化等方式，有可能降低整體生產成本，在稀有血型的基礎上制備“通用型”血細胞也將進一步降低血液篩查所需的成本，推動和加快“人工血液”應用的進程。

“人工血液”有望緩解“血荒”？

臨床輸血治療是目前使用最廣泛、最成熟、最大量的細胞治療手段，廣泛應用于術后及外傷、慢性貧血、惡性血液病、腫瘤放化療及其他多種疾病的治療。近年來，隨著醫療技術的迅猛發展和人民群眾健康需求不斷提升，醫療機構對血液的需求量呈現快速增長的趨勢。然而血液供應仍然十分緊張，供需矛盾十分突出，解決血液供應不足問題迫在眉睫。同時，各種病原體的污染也使臨床用血的安全性受到極大的挑戰。臨床實踐已證實有多種病毒可經輸血傳播，如乙型肝炎病毒（HBV）、丙型肝炎病毒（HCV）和艾滋病病毒（HIV）等，后果嚴重。

作為輸血的替代治療手段，通過體外誘導干細胞獲得充足數量的紅細胞、血小板等血細胞，能為通用型和稀有血型血液制備提供新的來源，并作為血液儲備滿足戰時緊急及大量供血的需求，具有極為重大的社會、科學、經濟價值。隨著人工血液研發不斷取得技術上的突破，一旦實現干細胞規模化制備人工血液，將顛覆傳統的獻血、供血模式，從目前的“篩、獻、采、檢、存、供”到未來的“產、檢（少/ 快）、存、供（特供）”模式，實現“人工血液”供應的新模式，并將對輸血發展產生革命性影響。到那時，輸血就可能不再需要人們捐獻，也不會有血液傳染性疾病的傳播，更不會發生血荒或者找不到稀有血型的事了。

編輯：劉偉瓊

（專家：周軍年全軍干細胞與再生醫學重點實驗室、軍事醫學科學院野戰輸血研究所干細胞與再生醫學研究室博士/副研究員，華南生物醫藥研究院華南干細胞與再生醫學研究中心干細胞治療研究室主任，本文由科普中國微平臺原創首發）

關注我們：搜索微信號“科普中國”（ID：Science_China)

轉載文章請注明來源公眾號ID及作者