上個(gè)月，一部名叫《工作細(xì)胞》的動(dòng)畫傳遍朋友圈。里面一群群呆萌的血小板俘獲了無(wú)數(shù)人的心，讓不少人迷上了自己的血小板。

血小板的主要功能是止血。因疾病等各種原因?qū)е碌难“鍞?shù)量偏低，都會(huì)威脅到生命安全。和《工作細(xì)胞》里展現(xiàn)的不同的是，血小板的壽命只有7-14天，體外的血小板保存5天就不能使用了。

每年的夏冬兩季，基本全國(guó)很多地方都會(huì)出現(xiàn)血小板荒，今年尤甚，具體原因我想大家一定是知道的。

和獻(xiàn)全血不一樣，血小板的捐獻(xiàn)認(rèn)知度更低，每次捐獻(xiàn)需要的時(shí)間也更長(zhǎng)。市場(chǎng)的需求正逐年遞增。

科學(xué)家和醫(yī)務(wù)人員早就注意到，依靠人類捐獻(xiàn)的血小板，肯定是無(wú)法滿足患者的需求的。因此，人工合成血小板就成了科學(xué)家解決問(wèn)題的方向。

然而，經(jīng)過(guò)多年的不斷嘗試，人工生產(chǎn)的血小板始終達(dá)不到臨床使用的標(biāo)準(zhǔn)。這嚴(yán)重阻礙了人工生產(chǎn)血小板的臨床使用。

近日，來(lái)自京都大學(xué)大學(xué)的KojiEto團(tuán)隊(duì)終于解決了這個(gè)問(wèn)題。首次實(shí)現(xiàn)了臨床應(yīng)用級(jí)別的人工血小板生產(chǎn)。Eto教授更是不無(wú)自豪地說(shuō)，“我們的這個(gè)發(fā)現(xiàn)是人造血小板走向臨床應(yīng)用的最后一個(gè)科學(xué)步驟。”

近日，Eto團(tuán)隊(duì)的這一重要研究成果發(fā)表在頂級(jí)期刊《細(xì)胞》上[1]。

通訊作者KojiEto

血小板來(lái)自骨髓和肺中的巨核細(xì)胞產(chǎn)生的碎片[2]，這兩個(gè)來(lái)源是去年年初才正式確定的。

科學(xué)家很早就想到了通過(guò)體外培養(yǎng)巨核細(xì)胞生產(chǎn)血小板。不過(guò)巨核細(xì)胞的獲取并沒(méi)有那么容易。人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）技術(shù)的成熟，讓這個(gè)問(wèn)題迎刃而解。

近年來(lái)，已經(jīng)有科學(xué)家利用人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs），分化出永生化的巨核細(xì)胞系（imMKCL），再用這些巨核細(xì)胞生產(chǎn)血小板[3-5]。

但是，現(xiàn)實(shí)總是殘酷的。正常情況下一次治療需要2000-3000億個(gè)血小板?？蔁o(wú)論研究人員花了多大的心思，他們的血小板生產(chǎn)規(guī)模一直達(dá)不到臨床使用的數(shù)量級(jí)。

背后的原因，研究人員百思不得其解。

直到有一天，Eto團(tuán)隊(duì)的研究人員在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候偶然發(fā)現(xiàn)，晃動(dòng)培養(yǎng)瓶能增加血小板的產(chǎn)量。這似乎暗示水平搖動(dòng)引起的物理應(yīng)力增強(qiáng)了血小板的生成。

觀察到這個(gè)現(xiàn)象之后，研究人員很快就在一個(gè)20L的波動(dòng)系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。雖然巨核細(xì)胞能持續(xù)在里面增殖，但血小板產(chǎn)量和質(zhì)量并沒(méi)有提高。他們猜測(cè)，可能還是流體參數(shù)不對(duì)。

實(shí)際上，早在2007年，就有研究表明，小鼠骨髓中的巨核細(xì)胞受到的血流剪切應(yīng)力，對(duì)血小板的生成非常重要[6]。

于是，基于之前的探索性成果，他們嘗試在生物反應(yīng)器中重現(xiàn)巨核細(xì)胞在骨髓中承受的血流剪切應(yīng)力。遺憾的是，他們改進(jìn)的反應(yīng)器生產(chǎn)水平仍舊非常低。每個(gè)巨核細(xì)胞只能生產(chǎn)14個(gè)血小板。而在體內(nèi)，一個(gè)巨核細(xì)胞產(chǎn)生血小板的量在500-1000個(gè)左右。

如此看來(lái)，單獨(dú)的剪切應(yīng)力似乎并不是決定性因素啊。他們認(rèn)為，一定漏掉了什么東西。

使用雙光子活體成像觀察血小板的脫落過(guò)程

于是，他們決定在回到體內(nèi)一探究竟。

研究人員首先給小鼠骨髓中的巨核細(xì)胞做了綠色熒光標(biāo)記，然后用雙光子顯微鏡和粒子成像速度場(chǎng)儀（PIV）觀察了小鼠顱骨骨髓中的血小板生成過(guò)程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)那些大量產(chǎn)生血小板的巨核細(xì)胞處于湍流之中，而處于靜息狀態(tài)，不產(chǎn)生血小板的巨核細(xì)胞周圍則是層流。

血小板竟然是被湍流亂棒“打”下來(lái)的！

圖中綠色的是血小板和巨核細(xì)胞，紅色是血流，藍(lán)色是細(xì)胞核

湍流和層流是流體流動(dòng)的兩種狀態(tài)。當(dāng)流速很小時(shí)，流體分層流動(dòng)，互不混合，稱為層流。隨著流速的增加，流體的分層結(jié)構(gòu)被破壞，不同流層間相互混合，稱為湍流。KojiEto說(shuō)：“已經(jīng)有很多人在生物反應(yīng)器上下功夫了，但他們都是用的層流，沒(méi)人想到用湍流。”

在回頭去看他們之前用到的反應(yīng)器，確實(shí)缺少足夠的湍流，而這可能就是血小板脫落的關(guān)鍵。

發(fā)現(xiàn)湍流的重要性之后，研究人員又開(kāi)始尋找新的反應(yīng)器。通過(guò)各種模擬測(cè)試之后，他們發(fā)現(xiàn)一種叫做VerMES的垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)式液體培養(yǎng)生物反應(yīng)器似乎能行。

在2.4升的反應(yīng)器里，當(dāng)VerMES的葉片以300毫米/秒的速度做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)巨核細(xì)胞能產(chǎn)生70-80個(gè)血小板，產(chǎn)量比原來(lái)提高5倍。而且，這種條件下產(chǎn)生的血小板質(zhì)量也特別好。

進(jìn)一步分析顯示，VerMES生物反應(yīng)器不僅能形成剪切應(yīng)力，還能產(chǎn)生足夠水平的湍流和渦流。

有了這個(gè)初步的成功，研究人員就要計(jì)算出背后的模式了。于是他們又做了一個(gè)0.3升的反應(yīng)器，探索出了這個(gè)體積的反應(yīng)器，葉片的最適運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

有了這兩組數(shù)據(jù)，研究人員很快就摸索出在8升的生物反應(yīng)器中葉片的運(yùn)動(dòng)距離和速度。最終他們發(fā)現(xiàn)，葉片的上下運(yùn)動(dòng)范圍是40毫米，葉片的運(yùn)動(dòng)速度是150毫米/秒。在這樣的參數(shù)條件下，Eto團(tuán)隊(duì)成功在8升的生物反應(yīng)器中生產(chǎn)了1000億個(gè)血小板。

終于達(dá)到了臨床使用的規(guī)模。

當(dāng)然，僅生產(chǎn)出來(lái)血小板是不夠的，還得看看血小板的功能怎么樣。接下來(lái)研究人員又比較了生產(chǎn)的血小板和志愿者捐獻(xiàn)的血小板的功能。

研究人員首先在電鏡下觀察了兩種血小板，imMKCL產(chǎn)生的血小板比捐獻(xiàn)的要大，而且大小更不均勻，但也有完整的血小板結(jié)構(gòu)以及α顆粒（血小板中的可分泌蛋白儲(chǔ)存在α顆粒中）。體外的血小板聚集實(shí)驗(yàn)中，兩者的表現(xiàn)也相似。

為了進(jìn)一步確認(rèn)生產(chǎn)的血小板在體內(nèi)的功能，研究人員又在兩個(gè)動(dòng)物模型中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

研究人員首先用2.4Gy的電離輻射照射小鼠，以抑制它的造血功能。在照射后第9天，也就是自身血小板最低的時(shí)候，研究人員給小鼠分別輸入了生產(chǎn)的血小板和志愿者捐獻(xiàn)的血小板，比較了血小板的動(dòng)力學(xué)和出血時(shí)間，兩者都是相似的。

然后，研究人員又在能更好評(píng)價(jià)血小板止血能力的兔模型中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。研究人員先用白消安抑制動(dòng)物自身的血小板生成，在2周后注射棕櫚酸乙酯以抑制網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)，避免輸入的血小板被破壞。之后輸入兩種血小板，并切開(kāi)耳緣靜脈，比較出血時(shí)間。兩種血小板顯示出的止血能力還是相似的。

有了以上的數(shù)據(jù)和表現(xiàn)，Eto認(rèn)為，“我相信，我們的這個(gè)發(fā)現(xiàn)是人造血小板走向臨床應(yīng)用的最后一個(gè)科學(xué)步驟。”[7]

目前，Eto團(tuán)隊(duì)正在通過(guò)設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)方案，進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，以期進(jìn)一步提高產(chǎn)量、降低成本。

此外，他們還順手解決了配型的問(wèn)題。他們開(kāi)發(fā)了一種通用血小板，這種血小板表面沒(méi)有人類白細(xì)胞抗原，輸入人體不會(huì)產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)。盡可能的擴(kuò)大人工生產(chǎn)血小板的適用人群。

據(jù)Eto估計(jì)，在未來(lái)的1-2年，他們將開(kāi)展臨床研究?；蛟S在2020年之后，血小板荒有望解除。