再生医学步入临床应用需要解决的首要问题是如何获得能移植至患者体内的大量安全可靠的人类胚胎干细胞（hES），而其中面临的主要挑战就是必须开发出能持续培养和维持临床等级干细胞的最佳培养条件。

标准的培养系统通常采用小鼠滋养层细胞和包含牛血清的培养基培养并维持hES细胞，然而这种基于动物产品的培养基可能会污染细胞。并且由于难以进行精确的质量控制，每批次的培养基都可能存在一些不必要的差异。

近日由加州大学洛杉矶分校的干细胞生物学家和工程师组成的一个科研小组找到了一种最佳方案将一些小分子抑制剂以最佳浓度组合到一起，证实可在无滋养层无血清的条件下长期培养和维持hES细胞。这些小分子抑制剂是研究人员利用一种创新性的反馈控制系统策略从一个非常大的小分子抑制剂库中高效挑选出来的。相关研究结果发表在1月25日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上，这一研究标志着再生医学从基础研究向临床转化过程中取得的又一个重大进展。

“这项研究的重要意义在于它表明我们已经能够快速开发出一种化学成分确定的培养基取代血清和滋养层用于培育临床等级的hES细胞，从而清除了再生医学领域的一个主要的障碍，”美国工程院（National Academy of Engineering）成员、加州大学洛杉矶分校亨利?萨缪理工程和应用科学学院（Henry Samueli School of Engineering and Applied Science）教授Chih-Ming Ho说。

不同于当前基于动物产品的培养基，这种新培养基是一种成分确定的培养基，其中的每一种成分都是已知且可追踪的。这对于临床应用以及药物或细胞受到良好的质量管理和监控具有重要的意义。

“这也是第一种适用于长期单细胞传代的已知成分培养基，”论文的资深作者吴虹教授说道。吴虹是加州大学洛杉矶分校戴卫?芬格医学学院（David Geffen School of Medicine）分子和医学药理学系教授，布劳德再生医学与干细胞研究中心（Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research）的研究人员。

单细胞传代即是指分离获得单个hES细胞，并通过单细胞衍生克隆进行传代培养。单细胞传代可以克服常规传代过程中与hES细胞分离相关的大量细胞死亡，并确保了在同种细胞水平上进行遗传操作。

“虽然也有其他研究证实在确定成分的培养基和/或在确定的培养表面等条件下培养hES细胞，然而就我们所知这是第一项将确定的培养条件与常规单细胞传代相结合的研究，这对于获取大量临床应用细胞具有重要意义，”论文的第一作者、UCLA博士后学者Hideaki Tsutsui说：“我们的hES细胞培养系统促使hES细胞向临床治疗又迈进了重要的一步。”

原文出处：

Nature Communications   doi:10.1038/ncomms1165

An optimized small molecule inhibitor cocktail supports long-term maintenance of human embryonic stem cells

Hideaki Tsutsui,Bahram Valamehr,Antreas Hindoyan,Rong Qiao,Xianting Ding,Shuling Guo,Owen N. Witte,Xin Liu,Chih-Ming Ho& Hong Wu

A major challenge in stem cell-mediated regenerative medicine is the development of defined culture systems for the maintenance of clinical-grade human embryonic stem (hES) cells. Here, we identify, using a feedback system control scheme, a unique combination of three small molecule inhibitors that enables the maintenance of hES cells on a fibronectin-coated surface through single cell passaging. After 20 passages, the undifferentiated state of the hES cells was confirmed by OCT4, SSEA4 and NANOG expressions, whereas their pluripotent potential and genetic integrity were demonstrated by teratoma formation and normal karyotype, respectively. Our study attests to the power of the feedback system control scheme to quickly pinpoint optimal conditions for desired biological activities, and provides a chemically defined, scalable and single cell passaging culture system for hES cells.