为干细胞体外培养建造新的“日光室”

通常很难获得干细胞，数量极其有限。为了获得足够数量的干细胞，有必要进行体外扩增。但随着扩增世代的增加，干细胞的生物学功能会逐渐减弱，可用的干细胞世代有限，导致干细胞资源稀缺，成本高昂。

随着人类在生命科学领域探索的不断深入，干细胞的研究和应用已成为科学界和全球生物医药行业的热点之一。干细胞的研究和应用虽然前景广阔，但仍面临许多亟待解决的问题，高质量的干细胞体外培养就是其中之一。

南开大学生命科学学院杨军教授课题组经过20多年的持续研究，开发了一种可模拟体内微环境的干细胞仿生赋能系统，有效解决了干细胞体外培养效率低、成本高、安全性差、代际功能受损等问题，有助于干细胞研究更好地应用。

干细胞培养问题：不够用，不好用，不敢用，买不起。

干细胞是人体发育过程中和成年后存在的一类细胞。它们具有自我复制和多向分化的特点，常用于生长发育、疾病发生和药物筛选等科学研究。

此外，干细胞还可以用于疾病治疗，比如胚胎干细胞分化的角膜给患者带来光明；脐带造血干细胞可用于治疗遗传性或获得性造血疾病。间充质干细胞可以调节自身免疫性疾病患者的免疫力。

然而，通常很难获得干细胞，干细胞的数量极其有限。为了获得足够数量的干细胞，有必要进行体外扩增。但随着扩增世代的增加，干细胞的生物学功能会逐渐减弱，可用的干细胞世代有限，导致干细胞资源稀缺，成本高昂，难以满足巨大的市场需求，极大地限制了干细胞产业的发展。因此，迫切需要解决干细胞严重短缺的问题。

杨军告诉记者，目前干细胞培养体系存在四大痛点：增殖能力不足、细胞产量低；功能丧失，治疗效果差；干细胞纯度低，安全风险高。细胞资源稀缺，生产成本高。简而言之，现有的培养体系很容易导致培养的干细胞不够用、使用困难、不敢用、买不起的问题。

模拟体内微环境，完成干细胞的最后“支柱”。

“这是因为用于一般干细胞扩增的培养表面不能很好地模拟体内的微环境。”南开大学生命科学学院团队负责人、博士生陈国强表示，在多细胞生物中，没有一个细胞是孤立的，细胞之间的相互作用尤为重要。如果我们把干细胞的培养环境比作一个“房子”，细胞之间的相互作用就是一个重要的“支柱”。没有这个“支柱”，这个“房子”就会土崩瓦解。

研究团队首先筛选出多种细胞间相互作用蛋白，分析其基因和蛋白序列，然后利用基因工程技术构建融合蛋白基因，通过生物合成技术批量稳定制备人工基质蛋白产品。最后，利用纳米涂层技术在传统材料表面形成人工基质蛋白涂层，实现表面功能化改性。

该团队制备的干细胞赋能系统基质组成清晰稳定，量产纯度大于95%，是一种人源蛋白，能够更好地调控人源干细胞，更安全。同时，该系统可以大规模构建细胞间相互作用的核心蛋白，模拟体内微环境，使细胞功能得以维持。

此外，通过模拟调控干细胞生长的微环境，新系统还缩短了干细胞的增殖周期，大大增加了可用干细胞的数量，扩大了干细胞的生产规模，降低了干细胞的生产成本。

“我们的培养技术完成了干细胞培养的最后一根支柱——仿生干细胞微环境，搭建了干细胞体外生存家园，同时也是一个温暖舒适的‘阳光房’，实现了高效增殖、安全使用、功能完善、降低成本四大功效。”陈国强说。

干细胞扩增技术成熟后，研究团队开始为干细胞的不同用途开发一个使能系统。干细胞的行为受其微环境的影响。干细胞要想发挥其指定的功能，需要受到微环境的精确调控。

为实现这一目标，团队不断优化和开发了四种干细胞赋能系统，包括心肌修复、血管再生、免疫调节和关节修复。与传统基质表面培养的干细胞相比，新系统培养的干细胞在相应的疾病模型小鼠中具有更显著的治疗效果。