利用體外的人類造血幹細胞的增殖技術

造血幹細胞存在於骨髓中，是具有分化成紅血球、白血球、血小板等各種血液細胞能力的細胞。
廣泛用於血液疾病的治療，對於僅使用化學療法無法治癒的白血病和惡性淋巴瘤等難以治療的血液癌症，或者再生不良性貧血等引發造血不全的疾病, 可以廣泛地進行移植“從健康的供血者身上採集的造血幹細胞”的造血幹細胞移植。
但是，造血幹細胞是非常罕見的細胞，特別是在日本國內廣泛使用的臍帶血移植中，由於含有的造血幹細胞的數量很少，所以造血幹細胞在患者的骨髓中開始製造血液的時間延遲(生著注1)，得到感染症的風險增加，意味著供血者的選擇會有受到限制的可能。 因此，為了實現更安全的造血幹細胞移植，特別重要的是需要進行臍帶血内含有的造血幹細胞的體外增殖。

另外，近年來，針對鐮狀紅血球貧血和先天性免疫缺陷症等遺傳性血液疾病，採集、培養患者自身的造血幹細胞，修復異常的基因後再注射回體內恢復正常造血的基因治療法的開發也正在推進。在這樣的人類造血幹細胞的增殖中，到現在為止，血清白蛋白注2 和細胞激素注3 搭配使用的培養基，被認為在體外的維持是不可缺少 的。 但是實際上，雖然造血幹細胞可以在短期內維持,但其增殖作用是有限的。

日美英德合作的本研究小組注4，在關於小鼠造血幹細胞的研究報告中指出透過在使用聚乙烯醇（PVA）註5 時添加 stem cell factor（SCF）和血小板生成素（TPO）這兩種細胞激素,不使用血清白蛋白，能長期穩定地增殖的培養技術。因此，基於此報告，我們不使用血清白蛋白和細胞激素，而是用由化合物構成的培養基，以開發長期穩定的人類造血幹細胞的增殖技術為目標。

在用 PVA 時加入 SCF 和 TPO 的培養基條件下，與小鼠不同，人類造血前驅細胞的增殖是有限的。 因此，為了探查小鼠和人類造血前驅細胞的差異，分析了培養中主要信號傳導途徑的磷酸化狀態，觀察到在人體中磷酸肌醇 3-激酶（PI3K）/AKT 明顯減少（圖 1）。

為了使 PI3K-AKT 訊號活性化，添加 740Y-P（使 PI3K 活性化的化合物），在第 7 天時，人類造血前驅細胞的增殖率得到了改善。 另外，我們發現加入 740Y-P 後就不需要 SCF，以及使用是TPO 受體激動劑注 6 的丁二醯胺的話也不需要使用 TPO。

根據這些結果，在使用 PVA 時加入 740Y-P 和丁二醯胺的培養基（2a 培養基）中，經確認得出即使不使用細胞激素也可以培養 7 天的人造血前驅細胞。 但是，用這個方法，經過 14天就會分化成巨核細胞（形成血小板的細胞）。

為了實現長期穩定的培養，探索了防止造血幹細胞分化的化合物，發現在 2a 培養基中加入了類鐸受體誘導體 UM171 的 3a 培養基注7 中，可以穩定培養 30 天的人類造血前驅細胞。 通過將該培養基培養後的細胞移植到放射線照射過的有免疫缺陷的實驗小鼠上，可以維持其重建造血的能力。

同時，以進一步提高增殖效率的作為目標，進行了比 PVA 更出色的聚合物的探索。 篩選結果發現聚己內酯-聚醋酸乙烯酯-聚乙二醇共聚物（PCL-PVAc-PEG）注8 具有顯著的細胞增殖能力（圖 2）。

以 PCL-PVAc-PEG 代替 PVA 為基礎，添加了 740Y-P、丁二醯胺、UM171 注9 的培養基，人類造血前驅細胞的增殖能力被進一步改善（圖 3）。 在這個培養基中培養的細胞也同樣維持著重建造血的功能。
其次，為了研究在以 PCL-PVAc-PEG 為基礎的在 3a 培養基中培養的細胞的特性，進行了單一細胞 RNA 測序分析注10，發現在造血幹細胞中表達了特異性基因的細胞占多數，這與近年來已經實施了臨床試驗的使用 UM171 或 SR-1 的人造血幹細胞的培養技術相比也有較高的傾向（圖 4）。

綜上所述，意味著以 PCL-PVAc-PEG 為基礎的 3a 培養基是選擇性地增殖造血幹細胞。

本研究小組，根據此次得到的見解，將繼續對人類造血幹細胞的培養技術做進一步的改良。 將這些培養技術提供作為人類造血幹細胞的基礎研究方法，同時為了實現更安全的造血幹細胞移植和消除供血者不足的問題，也將致力於臨床應用。