关于培养上清液

什么是培养上清液

先说培养上清液。
培养上清液一词最初是仅用于细胞培养实验的专业术语。 这是一个模糊的概念、指的是培养细胞时产生的上清液。这种液体不含细胞。
在保持在37°C、5%CO²的培养箱中、以及在营养物质和电解质调节的培养液中、细胞可以像在体内一样生存和活动。

在生物体中、细胞之间通过产生信号分子(Signaling molecule)来相互交换信息。 信号分子是分子量3万左右的蛋白质因子、被称为细胞因子和激素、对细胞的增殖和分化等产生影响。
培养上清液中含有细胞产生的大量信号分子。因此、可以说、我们可以利用培养上清液控制所有的细胞活动。
培養上清とはなにか
培養上清のつくりかた
在构成人体的细胞中、干细胞具有很强的增殖能力和分化能力、被认为是再生力量的源泉。培养上清液可激活体内干细胞、使受损组织和器官再生。
下面简单地说明培养上清液的制备方法吧。首先、我们用牛血清来繁殖干细胞。血清含有干细胞增殖的营养物质。
顺便说一下、血清是指从血液中的血浆(红血球和白细胞等血细胞以外的液体成分)中、除去有凝血作用的纤维蛋白原这种物质后的东西。
当细胞数量增加到一定程度时、从培养基中取出牛血清。 这导致干细胞陷入营养不足(饥饿状态)、并释放大量的信号因子来维持自身的稳定性。干细胞释放的信号分子积聚在培养基(培养上清液)中。
培养上清液是干细胞产生的不同信号分子的复合体。
目前还不完全清楚培养上清液中的信号分子中有哪些物质。然而、迄今为止、已在培养上清液中分析出2000多种生物活性物质。这些不同的蛋白质因子以综合方式工作、引导组织和器官再生。这可以说是传统的使用单个细胞因子和生长因子的治疗与培养上清液治疗的区别。换句话说、人体的再生并不是一种蛋白质因子就能实现的简单、而是一个复杂而艰辛的过程、需要多种信号分子同时作用。
培養上清中のサイトカイン
我们总结一下这种培养上清液在人体再生过程中具有怎样的生理作用。
  • 抑制炎症的效果

    当组织和器官被破坏时、会发生强烈的炎症。受伤时伤口肿胀、是因为皮肤发炎。生理活性物质可以抑制炎症。

  • 保护因炎症受损细胞的效果

    以说、通过抑制炎症、保护受伤细胞的功能、可以对被破坏的组织和脏器采取紧急措施。

  • 激活体内的干细胞的效果

    通过唤醒存在于被破坏或受伤的组织或器官本身的干细胞的原有功能、或通过诱导存其周围存在的干细胞、使健康的干细胞聚集在受损部位并增殖、分化成需要的细胞。

  • 形成新血管的效果

    通过新形成的血管、供应再生组织和器官发挥作用所必需的氧气和营养物质。
    培养上清所具有的生理活性物质的四大机能、应该可以为组织和内脏器官的再生创造环境。

培养上清液的安全性和治疗效果

到目前为止、再生医学的基本做法是将干细胞移植到受损的器官和组织中进行再生。
在以干细胞移植为前提的再生医学中、最大的风险是干细胞的癌变。当细胞因某种原因出现基因异常时、细胞癌变就开始了。
培养操作是通过在短时间内再现生物体内发生的细胞分裂、从而极大地增加细胞数量的操作、细胞暴露在不正常的环境中、可能会导致基因突变。

事实上、如果你调查培养的干细胞、你会发现基因变异的频率相当高。不过、并不是说“基因异常=癌变”。只能说“不正常”。
在现有的科学水平下、还没有标准用来判断什么样的基因异常会导致癌变。但是、既然移植到人体内、安全是绝对条件、所以在临床使用培养细胞时 自然要慎重。培养细胞的基因异常是以干细胞移植为前提的再生医学的长期问题。
我们提倡使用培养上清液而不是干细胞的再生医学。在培养上清液治疗中、并不是移植活体干细胞、所以细胞癌变的问题就没有了。
然而、由于培养上清液是使用他人的干细胞(他人细胞)制成的、理论上可能引起过敏反应。但是在我们进行的动物实验中、没有发生过敏反应。
最重要的是、培养上清液的治疗效果与干细胞移植的治疗效果相同或更好。综上所述、培养上清液治疗比干细胞移植更好。
培養上清のつくりかた 培養上清のつくりかた
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下面总结培养上清液治疗的优势
  • 癌变的危险性为零

    培养上清液没有癌变的危险、这可以说是活体干细胞的宿命。这一点是培养上清液的最大优势。事实上、我的研究小组总共对600多只动物注射了培养上清液、但没有一例发生癌症。

  • 易用性

    活干细胞培养上清液与不同、具有非常容易使用的特点。由于是液态的、所以冷冻保存的话、可以保持约半年的功效。另外、搬运也容易、可以批量生产。这不是干细胞移植、而是一种药物。

  • 方便患者

    干细胞移植需要在特殊机构由专业医生进行治疗。
    相比之下、培养上清液可以作为滴鼻药或喷剂使用、所以不需要到医疗机构就诊、开出的培养上清液可以鼻腔喷洒或吸入。
    或吸入规定的培养上清液。
    移植干细胞的方法仅限于直接注射或静脉注射。另一方面、培养上清液有多种给药途径、除了局部注射和静脉给药外、还可以将培养上清液从鼻子、皮肤和肺抽吸送到目标组织或器官。

  • 可用于急性期

    在培养和移植自己的干细胞时、由于培养时间较长、无法在疾病发病后立即使用。因此、干细胞移植不适合争分夺秒的危重疾病。
    在这一点上、由于培养上清液可以制成制剂保存、因此可以在急性期使用、具有快速应对烧伤治疗等优点。

  • 成本效益高

    在不移植干细胞的情况下、尽管获得了与干细胞相同的效果、但治疗费用仅为干细胞移植的1/100左右。目前、培养上清液的制备已经实现了机器人化、提高了生产效率、更降低了成本。

干细胞、iPS细胞与培养上清液的比较

到目前为止、已经说明了培养上清液可以作为一种新的治疗方法来应对UMN。过去、以干细胞(包括iPS细胞)移植为前提的再生医学被认为是 UMN的一种有效治疗方法、被寄予厚望、但由于干细胞移植存在各种风险、成本高、疗效低等问题而失败。
另一方面、培养上清液有望成为一种新的治疗方法、其疗效与干细胞治疗相同或更高、而且作为一种药物使用简单、没有干细胞移植的风险和成本问题。 满足UMN的新治疗方法所需的条件是高疗效和安全性、对患者的身体负担小、在医疗经济上也是有利的。
因此、我想比较一下干细胞治疗、iPS细胞和培养上清液的疗效、安全性、简便性、患者的负担和成本等、这些都是迄今为止再生医学的主流。

  • 疗效

    干细胞移植历史悠久、在某些情况下已经证实了它的有效性、如骨髓干细胞移植治疗白血病。然而、满足UMN所期待的干细胞治疗、虽然临床病例 不多、不能断言、但有效性并不高。即使是从iPS细胞分化出来的干细胞、其治疗效果也与体干细胞相同、因此不能抱太大期望。另一方面、培养上 清液的临床研究正在进行、病例数也很丰富。这些研究结果明确表明、它对一些疾病是有效的。

  • 安全性

    干细胞移植中培养操作会导致基因异常、而iPS细胞的风险更高、因为它涉及到实际的基因操作。此外、静脉注射干细胞(点滴)时发生肺栓塞的风 险极为严重。另一方面、培养上清液的唯一风险是由其他来源的干细胞产生的过敏反应、但如果使用乳牙干细胞、则具有更强的免疫抑制作用、不太可能引起过敏反应。事实上、在使用培养上清液的病例中、静脉注射时也没有发现任何副作用。

  • 简便性

    在干细胞移植中、培养所需数量的干细胞需要很长的时间。还要特别注意安全储存和运输。另一方面、将存量IPS细胞分化成特定的干细胞也很耗时。
    此外、存量细胞的运输方法、容器和分化方法等都可能微妙地影响iPS细胞的基因序列、因此、iPS细胞的安全使用仍然是未知数。最关键的问题是、只要使用活体干细胞、就无法应对紧急病例。解冻冷冻干细胞、检查干细胞性能、移植干细胞是非常耗时的。
    另一方面、培养上清液是一种生物制剂、不仅可以大量生产、而且可以以冻干粉的形式长期保存。使用时只需将它溶解在生理盐水溶液中。所以不管 是急性还是慢性疾病患者、我们都可以灵活应对。
    此外、如果是干细胞移植、无论是静脉注射还是局部注射、在高活性状态下注射干细胞都需要精细的操作。然而、如果是培养上清液、则可以使用 多种方法、如喷洒鼻粘膜、静脉肌肉内注射、涂抹到皮肤上、吸入肺部等。如果不采用静脉或肌肉注射的方式、患者可以自己在家使用、这也是其优点所在。

  • 患者的负担

    在使用自体干细胞的再生医学中、首先需要从患者身上采集干细胞和血液进行培养。这就需要患者到医院就诊、增加了患者的时间和身体负担。
    而且、将干细胞返还给患者的时候也有很大的负担。静脉注射是最简便的、但是考虑到肺栓塞问题、血栓问题等、通常需要住院治疗。
    如果把细胞移植到脑部、不能采用静脉输液的方式。有一个叫做血脑屏障的过滤器、他可以防止从末梢施用的干细胞到达大脑。除了大脑之外、要将干细胞移植到患有心肌梗塞的心脏中、也需要进行大规模的手术、即开胸直接注射或将干细胞以片状的形式连接起来。
    如果是培养上清液、大多数病例都可以像普通药物一样通过静脉输液、也可以通过鼻腔给药到脑内、所以对患者来说几乎没有负担。

培養上清のつくりかた

成本

培养上清液是一种生物制剂、所以治疗方法与普通药物治疗相同。而干细胞则是生物体的一部分、和小型移植医疗一样。因此、比较整个治疗所需的成本、培养上清液疗法的费用自然低很多。目前、培养上清液的生产已经实现了自动化和批量生产、价格与普通药物相当。
另一方面、无论是躯体干细胞还是iPS衍生细胞、都涉及到巨大的成本、包括安全检查、培养设备、培养师的培训及人工成本等。因此、一个患者的治疗费用就是几千万、即使发现治疗有效、也不能适用于很多患者。患者自己不可能负担治疗费、所以在国家承担费用的情况下有可能推动治疗的发展。
2016年的国民医疗费已经达到42兆1381亿日元。因为国家不可能承担比这更多的医疗费用、医疗保险也不可能承担动辄上千万的治疗费用、所以到最后也无法投入实际使用。

总结

培养上清液疗法是干细胞治疗的一种新型延伸方法。培养上清液疗法与以干细胞移植为前提的再生医学相比、具有相当或更好的治疗效果、风险较小、患者负担较轻。该疗法是治疗UMN的最有希望且合理的新药。从工业角度来看、与活细胞移植不同、培养上清液是蛋白质因子的复合物、通过冻干处理 可以长期保温、可应急使用。干细胞治疗是一种移植治疗、而培养上清液治疗是一种药物疗法。虽然在培养上清液的制备过程中会使用干细胞、但应该认识到培养上清液治疗与细胞治疗是完全不同的概念。
培养上清液的制备现在已经成功地实现了自动化和机器人化、可以实现大规模生产。 与此同时、成本降低、质量和安全性得到提高、再生医学也得到了最初意义上的实际应用。从培养上清液的效果和目标疾病来看、几乎所有与UMN相对应的疑难杂症都包含在内。培养上清治疗是医学意义上的重要创新、同时也将带来一个前景广阔的新产业。
培养上清液治疗的科学实证阶段已经结束、其疗效是显而易见。今后、为了广泛普及这种方法、还有一些法律问题有待解决、如产业化的技术问题的解决、 以及药事审批等。
在许多相关方的努力下、最大的技术难题--培养上清液的大规模生产已经通过机器人化得到了解决。法律问题方面、正在考虑实施海外临床试验、通过各种例外情况加快日本的临床试验。

我确信、培养上清液治疗惠及众多UMN患者的日子不会遥远。