【日本iPS细胞研究报告(九)】京都大学篇:申请血小板临床试验

生命科学 2018年09月03日

据2018年8月20日日本媒体报道,京都大学iPS细胞研究所的江藤浩之教授(兼千叶大学教授)等已于当月19日前向厚生劳动省递交了基于iPS细胞(人工诱导多能干细胞)的血小板临床试验计划申请[1]。该临床研究计划通过恶性血液病患者来源的iPS细胞,大量生产血液成分中具有止血功能的“血小板”,然后再回输到患者自身体内以期达到治病救人的目的(图1)。

iPS细胞制备的血小板输血临床研究示意图

图1 iPS细胞制备的血小板输血临床研究示意图

基于iPS细胞的再生医疗近年来捷报频传,从2014年理化学研究所的PI高桥政代针对眼疾的临床试验正式拉开帷幕,到今年五月份大阪大学的团队展开心脏病临床研究,再到八月份京都大学的另一个团队向帕金森氏症宣战。此次目标疾病群体是“再生障碍性贫血(aplastic anemia/aplastic anaemia,又称再生不良性贫血,简称再障)”患者。该类患者脊髓中负责生成血液成分的细胞出现功能衰竭,不能正常产生血小板,导致体内出血倾向增高,发病以青中年为主。情形严重时,可能导致脑出血、眼底出血等高危险状况。输血用血小板的获得目前主要依赖于献血。由于不能冷冻保存,所以有效存储期仅有短短的4天左右,并且存在长期短缺的问题。

江藤浩之教授

江藤浩之教授

除了本次临床申请以外,江藤浩之教授(图2)参与创建的--Megakaryon株式会社(京都市)[2],正在研究利用京都大学培育存储的异体iPS细胞来制备输血用血小板,以缓解血小板供应不足问题。Megakaryon株式会社是由三轮玄二郎等企业家于2011年新成立的初创公司(图3),首席科学代表为东京大学医学研究所中内启光教授。江藤浩之教授作为项目负责人,承担开展了该公司的“人类血小板生产的开发”一课题。

Megakaryon株式会社公开成熟巨核球

图3 Megakaryon株式会社公开成熟巨核球

2018年7月13日日本媒体相继报道,京都大学iPS细胞研究所研究生兼Megakaryon株式会社主任研究员伊东幸敬与中村壮助教、江藤浩之教授等一起,成功搭建出用人源iPS细胞大量生成输血用高品质血小板的技术平台[3](图4)。自治医科大学、滋贺医科大学、名古屋大学、庆应义塾大学、宫崎大学、佐竹化学机械工业株式会社等共同参与的该项研究,可以满足实际临床应用中单次输血必须1000亿个以上血小板的大量需求。

血小板制备过程示意图

图4 血小板制备过程示意图

为了摸索巨核细胞生成血小板的最佳理想条件,研究团队仔细观察了小鼠体内反应,最终发现骨髓和血管中产生的湍流现象(Turbulent flow)会激活血小板的生成。同时,团队开发出能够体外再现体内湍流现象的竖式培养装置(图5)。该研究成果已在线发表于2018年7月13日的《Cell》上[文献1]。

体外湍流生成临床用级别血小板示意图

图5 体外湍流生成临床用级别血小板示意图

研究团队还发现,即使培养体积不同,血小板生成所需的湍流能量及剪切应力的最适条件亦保持不变。从而一举解决了扩大培养走向实际应用的最大障碍。研究团队目前采用的培养容器为8升,计划下步增大到50升,即可同时满足多名患者输血需要(图6)。血小板生产全程无菌操作降低了感染的风险,同时规模化稳定生产可以大大削减单位获取成本,从而打破对献血的绝对依赖。

湍流再现竖式培养装置

图6 湍流再现竖式培养装置

本次临床试验计划招募患者1名,从患者血液中诱导出iPS细胞,然后分化出血小板的前身--巨核细胞(Megakaryocyte)(图7)。通过体外培养巨核细胞从而得到大量血小板。最后分数次回输到患者血中,来验证该疗法的安全性和有效性。此类患者属于免疫排斥敏感体质,通过自体细胞诱导的iPS细胞来生成血小板,理论上可以将排斥反应降到最小化。

血小板制备过程示意图

图7 iPS细胞由来的血小板前身-巨核细胞

供稿 宋傑
编辑修改 客观日本编辑部

相关文献:
1.Yukitaka Ito, Sou Nakamura, Naoshi Sugimoto, Tomohiro Shigemori, Yoshikazu Kato, Mikiko Ohno, Shinya Sakuma, Keitaro Ito, Hiroki Kumon, Hidenori Hirose, Haruki Okamoto, Masayuki Nogawa, Mio Iwasaki, Shunsuke Kihara, Kosuke Fujio, Takuya Matsumoto, Natsumi Higashi, Kazuya Hashimoto, Akira Sawaguchi, Ken-ichi Harimoto, Masato Nakagawa, Takuya Yamamoto, Makoto Handa, Naohide Watanabe, Eiichiro Nishi, Fumihito Arai, Satoshi Nishimura, Koji Eto (2018). Turbulence Activates Platelet Biogenesis to Enable Clinical Scale Ex Vivo Production. Cell, 174.

相关链接:
1. 《读卖新闻》2018年8月20日报道 [网址]
2. ベンチャー企業・メガカリオン(京都市) [网址]
3. 《日刊工业》2018年7月13日报道 [网址]

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