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

血小板的主要功能是止血。因疾病等各種原因導致的血小板數量偏低，都會(huì )威脅到生命安全。和《工作細胞》里展現的不同的是，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，基本全國很多地方都會(huì )出現血小板荒，今年尤甚，具體原因我想大家一定是知道的。

和獻全血不一樣，血小板的捐獻認知度更低，每次捐獻需要的時(shí)間也更長(cháng)。市場(chǎng)的需求正逐年遞增。

科學(xué)家和醫務(wù)人員早就注意到，依靠人類(lèi)捐獻的血小板，肯定是無(wú)法滿(mǎn)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)的血小板始終達不到臨床使用的標準。這嚴重阻礙了人工生產(chǎn)血小板的臨床使用。

近日，來(lái)自京都大學(xué)大學(xué)的KojiEto團隊終于解決了這個(gè)問(wèn)題。首次實(shí)現了臨床應用級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)現是人造血小板走向臨床應用的最后一個(gè)科學(xué)步驟。”

近日，Eto團隊的這一重要研究成果發(fā)表在頂級期刊《細胞》上[1]。

通訊作者KojiEto

血小板來(lái)自骨髓和肺中的巨核細胞產(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)體外培養巨核細胞生產(chǎn)血小板。不過(guò)巨核細胞的獲取并沒(méi)有那么容易。人誘導多能干細胞（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)家利用人誘導多能干細胞（hiPSCs），分化出永生化的巨核細胞系（imMKCL），再用這些巨核細胞生產(chǎn)血小板[3-5]。

但是，現實(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)規模一直達不到臨床使用的數量級。

背后的原因，研究人員百思不得其解。

直到有一天，Eto團隊的研究人員在做實(shí)驗的時(shí)候偶然發(fā)現，晃動(dòng)培養瓶能增加血小板的產(chǎn)量。這似乎暗示水平搖動(dòng)引起的物理應力增強了血小板的生成。

觀(guān)察到這個(gè)現象之后，研究人員很快就在一個(gè)20L的波動(dòng)系統中進(jìn)行了實(shí)驗。雖然巨核細胞能持續在里面增殖，但血小板產(chǎn)量和質(zhì)量并沒(méi)有提高。他們猜測，可能還是流體參數不對。

實(shí)際上，早在2007年，就有研究表明，小鼠骨髓中的巨核細胞受到的血流剪切應力，對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器中重現巨核細胞在骨髓中承受的血流剪切應力。遺憾的是，他們改進(jìn)的反應器生產(chǎn)水平仍舊非常低。每個(gè)巨核細胞只能生產(chǎn)14個(gè)血小板。而在體內，一個(gè)巨核細胞產(chǎn)生血小板的量在500-1000個(gè)左右。

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

使用雙光子活體成像觀(guān)察血小板的脫落過(guò)程

于是，他們決定在回到體內一探究竟。

研究人員首先給小鼠骨髓中的巨核細胞做了綠色熒光標記，然后用雙光子顯微鏡和粒子成像速度場(chǎng)儀（PIV）觀(guān)察了小鼠顱骨骨髓中的血小板生成過(guò)程。結果發(fā)現那些大量產(chǎn)生血小板的巨核細胞處于湍流之中，而處于靜息狀態(tài)，不產(chǎn)生血小板的巨核細胞周?chē)鷦t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胞，紅色是血流，藍色是細胞核

湍流和層流是流體流動(dòng)的兩種狀態(tài)。當流速很小時(shí)，流體分層流動(dòng)，互不混合，稱(chēng)為層流。隨著(zhù)流速的增加，流體的分層結構被破壞，不同流層間相互混合，稱(chēng)為湍流。KojiEto說(shuō)：“已經(jīng)有很多人在生物反應器上下功夫了，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)現湍流的重要性之后，研究人員又開(kāi)始尋找新的反應器。通過(guò)各種模擬測試之后，他們發(fā)現一種叫做VerMES的垂直往復運動(dòng)式液體培養生物反應器似乎能行。

在2.4升的反應器里，當VerMES的葉片以300毫米/秒的速度做上下往復運動(dòng)時(shí)，每個(gè)巨核細胞能產(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生物反應器不僅能形成剪切應力，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，研究人員就要計算出背后的模式了。于是他們又做了一個(gè)0.3升的反應器，探索出了這個(gè)體積的反應器，葉片的最適運動(dòng)參數。

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

終于達到了臨床使用的規模。

當然，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的血小板的功能。

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

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

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價(jià)血小板止血能力的兔模型中進(jìn)行了實(shí)驗。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)狀內皮系統，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。

有了以上的數據和表現，Eto認為，“我相信，我們的這個(gè)發(fā)現是人造血小板走向臨床應用的最后一個(gè)科學(xué)步驟。”[7]

目前，Eto團隊正在通過(guò)設計自動(dòng)化生產(chǎn)方案，進(jìn)一步擴大生產(chǎn)規模，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(lèi)白細胞抗原，輸入人體不會(huì )產(chǎn)生免疫排斥反應。盡可能的擴大人工生產(chǎn)血小板的適用人群。

據Eto估計，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。