人多能干細胞（hPSC）包括人胚胎干細胞（hESC）和人誘導多能干細胞（hiPSC），可無限自我更新并分化成人體體細胞的所有主要譜系。這些特性使其廣泛適用于再生醫學和移植治療。要在質量可控的情況下實現大規模的、經濟的hPSC生產，以用于細胞治療和藥物篩選，需要一個化學成分明確的、無外源蛋白且低成本的培養系統。盡管目前已經開發了多種無外源蛋白的 hPSC培養系統，但仍需添加昂貴的人重組蛋白。由于適合臨床細胞應用的重組蛋白的生產成本較高，阻止了hPSC在臨床和工業應用中的成本控制，而與這些重組蛋白具有相似功能的化合物可能是一種有價值且經濟的替代解決方案。

在目前已有的hPSC培養體系中，Essential 8是最簡單的、成分明確的培養基，因為它僅含有四種蛋白質：胰島素，轉鐵蛋白，轉化生長因子-β（TGF-β）和高劑量堿性成纖維細胞生長因子（bFGF）。其中胰島素和轉鐵蛋白可大量生產并且易于獲取。bFGF和TGF-β參與hPSC多能性調控的復雜分子機制。之前已有研究顯示，經典Wnt信號通路參與了hPSC的分化，與ID-8（一種雙特異性酪氨酸磷酸化調節激酶的化學抑制劑（DYRK））的組合可支持hPSC的自我更新。使用Wnt3a和ID-8可代替bFGF和TGF-β的的作用。然而，重組Wnt蛋白的生產成本仍然是昂貴的。

本研究中，研究人員鑒定出了能夠替代hPSC培養基中Wnt蛋白的化合物，以及其它可促進細胞增殖的化合物，開發出了一種不含生長因子、只含有三種化學成分的hPSC培養基AKIT培養基。通過對染色體核型、多能性標志物的表達及三胚層細胞分化能力的檢測，證明了該培養基可支持hPSC的長期增殖（圖1）。另外，與含有生長因子的培養基相比，該培養基培養的hPSC對糖酵解途徑的依賴性更小。此外，該培養基還可用于人真皮成纖維細胞或外周血單個核細胞來源的誘導性多能干細胞的產生（圖2）。

相對于目前已有的商業化培養基，本研究研發出的hPSC培養基含有更少的重組蛋白，具有成本效益，解決了轉化應用中hPSC大規模生產的諸多限制。因此本研究將有助于促進完全無外源蛋白、化學成分明確的hPSC培養系統的開發。

圖1 利用AKIT培養基長期培養hESCs和hiPSCs后的細胞鑒定

 

 

圖2 hiPSCs在不同培養基中的誘導情況（a-d：HDF誘導的hiPSCs；e-f：PBMC誘導的hiPSCs）

 

參考文獻：

Chemically defined and growth-factor-free culture system for the expansion and derivation of human pluripotent stem cells. Nature Biomedical Engineering 2, 173–182 (2018). doi:10.1038/s41551-018-0200-7