造血干细胞是生成红细胞、白细胞和血小板的起始细胞。治疗白血病等血液病时可以移植造血干细胞，但需要捐献者的骨髓液等与患者的免疫类型尽量匹配。随着人口的老龄化，令人担心捐献者的减少。先在体外增加造血干细胞，结合基因操作技术来扩大治疗范围的研究也正在推进之中。2040～2050年前后有望利用大量培养的造血干细胞实施基因治疗和提供血液成分。
利用液体胶水的成分来增加造血干细胞——2019年，英国科学期刊《自然》上的一篇论文引起了广泛关注。日本筑波大学的山崎聪教授等人组成的研究团队发现，通过在培养液中添加市售的液体胶水的主要化学成分—— “聚乙烯醇（PVA）”，可以培养小鼠的造血干细胞长达数月。
从实施了基因操作的造血干细胞培养出的血细胞。还有望实现功能的修复和强化。（图片由筑波大学山崎教授提供）
造血干细胞在骨髓中增殖，可以生长成各种血细胞。如果能在体外增殖，移植治疗将变得更容易。但是，在生长成血细胞之前的“未分化”状态下进行培养是一件非常困难的事情。
山崎教授的研究团队发现，使用PVA代替培养液所需的牛血液成分和蛋白质时，可以增殖未分化状态的造血干细胞。这一划时代的成果发表后的两年里，论文已经被引用了约100次。
2021年6月，研究团队开发出进一步简化的造血干细胞扩增技术，并在科学期刊《自然-通讯》上发表。在此之前，要想从源自骨髓的各种细胞中仅分离出干细胞，需要使用昂贵的实验设备。但研究团队此次发现，利用PVA培养各种骨髓细胞时，只有造血干细胞会高效增殖，并且可以浓缩。浓缩后的干细胞可以轻松分离。
研究团队将大量干细胞移植到小鼠体内发现，干细胞在骨髓中成活，并同时发挥了增殖能力和生长为血细胞的能力。移植造血干细胞前通常要进行“预处理”，即利用放射线等破坏本来的干细胞，但移植利用PVA培养的干细胞时则无需进行预处理。还可以对在体外增殖的造血干细胞进行基因操作后再进行移植。
虽然目前尚处于利用小鼠确立技术的阶段，但山崎教授强调，“任何人都可以增殖造血干细胞的发现非常重要”。移植经过基因操作的造血干细胞的基因治疗，要想实现临床应用，就必须先利用小鼠积累经验。简单高效的技术有助于加快实验速度，促进不同领域的研究人员参与。
如果在人体内也可以自由增殖造血干细胞并进行基因操作的话，将有助于实现广泛的临床应用。近年来，针对遗传性血液病“镰状细胞性贫血”和“先天性免疫缺陷症”等，正在开发体外修复造血干细胞的异常基因后再将其送回体内的基因治疗法，新技术还将为这种治疗方法提供支持。
此外，利用大量增殖的造血干细胞生成的血液成分和免疫细胞，还可用于献血和治疗。通过基因操作来修复和增强细胞功能也值得期待。山崎教授的研究团队在培养人造血干细胞的技术方面也有了一定的进展。
与基因治疗相融合
造血干细胞移植及相关领域动向 |
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| 1957年 | 美国爱德华·唐纳尔·托马斯成功实施骨髓移植 |
| 1970年代 | 确立与现代基本相同的骨髓移植技术（预处理和免疫抑制） |
| 设立骨髓库（英国、美国） | |
| 1988年 | 成功实施脐带血移植（法国） |
| 1991年 | 日本建立骨髓库 |
| 1995年 | 日本建立脐带血库 |
| 2017年 | 利用经过基因操作的免疫细胞治疗血癌的“CAR-T法”实现实用化 |
| 2019年 | 开发出增殖小鼠造血干细胞的培养法 |
| 2040年前后 | 利用培养的造血干细胞的基因治疗普及 |
| 2050年前后 | 利用大量培养的造血干细胞生成的血液成分供应成为主流 |
1957年，美国医生爱德华·唐纳尔·托马斯首次实施了代表性的造血干细胞移植——骨髓移植。虽然多次失败，但1970年代确立了与现在基本相同的移植方法，为白血病等血液病的治疗带来了革新，1990年，托马斯与另一位医生共同获得诺贝尔生理学或医学奖。
之后研究人员还发现，脐带血和外周血中也存在干细胞，于是开始实施利用骨髓液以外的移植源的造血干细胞移植。日本也设立了骨髓库和脐带血库。随着研发的推进，干细胞的供应源逐渐增加，但随着少子老龄化的发展，供体（捐献者）不足问题引人担忧。
造血干细胞的大规模培养有望成为彻底解决供体不足的技术。造血干细胞可以生长成包括免疫细胞在内的多种血细胞，还有助于解决献血不足的问题。利用iPS细胞培养造血干细胞和血细胞的研究也在进行之中，但大规模培养造血干细胞是更直接的方法。
2017年瑞士大型制药企业诺华推出了将经过基因操作的免疫细胞用于血癌治疗的“CAR-T疗法”（嵌合抗原受体T细胞免疫疗法）。基因治疗与细胞医疗的融合研究变得越来越活跃。造血干细胞也有望实现划时代的治疗方法。
日文：越川智瑛、《日经产业新闻》，2021/07/09
中文：JST客观日本编辑部
