我国利用干细胞研制“人工血液”，能解决“血荒”吗？

(专家:周俊年，解放军干细胞与再生医学重点实验室，军医大学野战输血研究所干细胞与再生医学实验室博士/副研究员，华南干细胞干细胞干细胞治疗实验室主任，华南生物医学研究所再生医学研究中心主任)

来自军事医学科学院野战输血研究所和中国人民解放军干细胞与再生医学重点实验室的裴学涛团队，经过10年的集思广益，建立了“人工血液”的制备流程，并通过干细胞技术成功制备了“人工红细胞”。经军方和当地卫生药品监督管理部门检测，“人工红细胞”与正常红细胞的血红蛋白含量、携氧能力、渗透脆性等指标基本一致。它是干细胞来源和体外制备最接近临床应用的生物科技成果。扩增率可达10万倍以上，明显优于以前的技术水平。为大规模生产奠定了重要基础，使我国干细胞制剂“人工血液”的研发水平进入国际一流行列。

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“人造血液”的制备过程是什么？

血液是生命之源，是人体生理功能正常运转的基础和基础。它在保证体内物质的正常运输、维持内环境稳定、防御和调节正常生理功能方面起着重要作用。正常人的总血量约占体重的8%，60公斤体重的总血量为4500-5000毫升。如果由于外伤、手术或其他原因，失血量超过总血量的25-30%，必须采取输血抢救措施。干细胞领域的快速发展和突破性的研究进展使得在体外获得与正常血细胞相同的血细胞替代产品成为可能，这也是“人工血液”研发的起点。

基于干细胞技术的“人工血液”的研究和开发是指干细胞在体外扩增、定向诱导分化、活化和功能调节等。利用干细胞的高增殖能力和多向分化潜能，通过细胞工程技术，体外或部分模拟体内造血过程(包括基质细胞的支持和造血生长因子的调节),从而在短时间内获得大量早期造血干/祖细胞和各阶段造血前体细胞。定向诱导扩增大量红细胞、巨核细胞/血小板、淋巴细胞等功能性血细胞和免疫活性细胞，激活和调节部分细胞的功能，最终将诱导分化的细胞用于血细胞输注和造血细胞移植。这次成功制备的“人工红细胞”是“人工血液”研发的一部分。

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在“人工血液”的整个制备过程中，包括“干细胞、祖细胞和终末细胞”三个关键环节，在干细胞程序化高效扩增和血液定向诱导分化的关键技术上有一系列集成创新。这三个环节是“人工血液”制备的限速步骤。就像项链上最耀眼的三颗珍珠一样，十多年来我们一直专注于这三个关键点的研究，并在关键点上取得了突破。然后，干细胞定向分化和扩增的效率将在未来“点和线”稳步提高，并逐渐“从线到面”，从而实现大规模制备红细胞的新突破。

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为什么“人工红细胞”的扩增率能达到10万倍以上？

体外制备红细胞，从造血干细胞开始，程序相对简单，程序已经基本固定，主要是利用骨髓和脐带血衍生的造血干/祖细胞进行扩增和诱导。程序化的归纳方案可以大致概括和分解为三个阶段。第一阶段是定向诱导谱系分化以诱导干细胞发育成红系，第二阶段是红系前体细胞的扩增，第三阶段是红细胞的去核和成熟。

该扩增率主要基于以CD34表面标记阳性的造血干/祖细胞作为起始细胞来计算。换句话说，目前我们的技术可以从一个造血干细胞或含有一个造血干细胞的细胞群中进行程序化诱导扩增，最终可以获得约10万个“人工红细胞”，达到国际一流水平。目前，国外获得的最佳扩增率大致相同。为了实现这一目标，研发团队对技术系统进行了一系列优化和改进，包括使用小分子添加剂提高细胞扩增效率，使用表面活性剂提高红细胞分化效率和细胞活性，使用无基质培养系统诱导红细胞去核，使用三维培养系统进行扩增等。

这套技术的另一个特点是更接近应用。通过优化生产过程，可以通过提高终端电池的产量和简化整个生产过程来降低整体生产成本。基于稀有血型的“通用”血细胞的制备将进一步降低血液筛查所需的成本，促进和加快“人工血液”的应用进程。

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“人造血液”有望缓解“血液短缺”？

临床输血治疗是目前应用最广泛、最成熟、最丰富的细胞治疗方法。广泛用于术后及外伤、慢性贫血、恶性血液病、肿瘤放化疗等疾病的治疗。近年来，随着医疗技术的快速发展和人们健康需求的不断提高，医疗机构对血液的需求呈现出快速增长的趋势。然而，血液供应仍然十分紧张，供需矛盾十分突出。急需解决供血不足的问题。同时，各种病原体的污染也对临床血液的安全性提出了巨大的挑战。临床实践证明，许多病毒可以通过输血传播，如乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒(丙肝病毒)和艾滋病病毒(艾滋病病毒)，后果严重。

作为一种可供选择的输血治疗方法，体外诱导干细胞获得足够数量的红细胞、血小板等血细胞，可以为制备通用、稀有血型血液提供新的来源，并作为血液储备，满足战时迫切、大量的血液供应需求，具有极大的社会、科学和经济价值。随着人工血液研发的不断技术突破，一旦实现从干细胞大规模制备人工血液，传统的献血和供血模式将被颠覆，从目前的“筛选、提供、采集、检验、储存和供应”模式向未来的“生产、检验(少/快)、储存和供应(特殊供应)”模式转变，实现“人工血液”供应的新模式，并将对输血的发展产生革命性的影响。到那时，输血可能不再需要人们的捐赠，也就不会有血液传染病的传播，也不会有血液短缺或找不到稀有血型的情况。