【下期】“人工血液“真的能用吗？动物实验给出答案

上期我们介绍了如何用脐带血CD34+细胞大规模培养红细胞。但造出来只是第一步，更关键的问题是：这些红细胞功能正常吗？输入体内安全吗？能真正替代献血吗？本期我们深入解读功能验证和动物实验结果。

细胞质量验证：这些红细胞"合格"吗？

体外培养的红细胞，不能只看数量，更要看质量。研究团队从多个维度做了严格的检测。

一、血红蛋白含量：和正常人红细胞相当

红细胞最核心的功能就是携带氧气，而执行这个功能的就是血红蛋白。

检测结果显示，培养第9天时，每个细胞的血红蛋白含量约15.3 pg；到第21天，增加到31.5 ± 2.4 pg。这个数值和正常人红细胞的血红蛋白含量（27-33 pg/细胞）几乎一致。

肉眼也能看出来：随着培养天数增加，离心后的细胞沉淀从浅粉色逐渐变成深红色，直观反映了血红蛋白合成的增加。

二、氧结合功能：正常携带和释放氧气

有血红蛋白还不够，还要看它能不能正常结合和释放氧气。

研究人员用氧平衡曲线检测发现，虽然脐带血、成人外周血和培养红细胞的血红蛋白组成不同（HbA和HbF比例不同），但三者的氧解离曲线非常相似。

这意味着：体外培养的红细胞，携氧能力和体内自然生成的红细胞相当。

三、储存稳定性：4℃可保存4周

临床应用还需要考虑储存运输的问题。研究人员将培养的红细胞在4℃保存液中储存了4周，检测发现：

·       红细胞表面标志物（CD71、CD235a）表达稳定

·       血红蛋白含量没有明显下降

这意味着培养的红细胞和正常献血红细胞一样，可以常规冷藏保存，满足临床使用的储存需求。

图 1 诱导生成红细胞的血红蛋白合成与功能检测

图 2 国际上完成红细胞制剂的中试规模生产

四、基因表达：红系分化正常，无致癌风险

研究团队还检测了基因表达谱，确认细胞分化的正确性和安全性。

a）红系特异性基因：随着分化进程，GATA1（红系分化关键转录因子）表达逐渐升高，GATA2逐渐下降——这和正常红细胞发育的规律一致。β-珠蛋白、γ-珠蛋白的表达也都正常上调，说明细胞能合成胎儿型和成人型血红蛋白。

b）原癌基因检测：这是安全性的关键。研究人员检测了c-myc、c-myb、Bmi-1、K-ras、cyclin B、hTERT等常见原癌基因的表达。结果发现，分化后的红细胞中，这些基因的表达水平反而比原始CD34+细胞更低。

重要结论：体外培养的红细胞没有出现原癌基因激活，致瘤风险极低，安全性有保障。

图 3 人红细胞大规模制备及特征鉴定分析

五、小鼠体内实验：输入后还能继续成熟

体外检测合格只是基础，真正的考验是输入体内后的表现。

研究团队先用NOD/SCID免疫缺陷小鼠做了移植实验。

a）体外未成熟，体内继续脱核成熟

21天培养结束时，红细胞并不是100%成熟的——脱核率约50%，还有约68.6%的细胞表达CD71（未成熟红细胞的标志）。

但神奇的是，输入小鼠体内后，这些未成熟的红细胞会继续完成终末成熟：

·       CD71+细胞比例：第1天39% → 第2天17.4% → 第3天3.8%

·       脱核细胞比例：第1天62% → 第2天→ 第3天97.1%

仅仅3天时间，大部分红细胞就在小鼠体内完成了最后的成熟步骤，脱掉了细胞核，失去了CD71标志，变成了真正成熟的红细胞。

而且第3天时，所有输入的人源红细胞都表达RhD血型抗原，说明细胞表型正常。

b）安全性：6个月无异常

研究人员对小鼠进行了长达6个月的观察。所有小鼠都健康存活，没有出现明显异常。

图 4 培养细胞在 NOD/SCID 小鼠体内的成熟过程

六、非人灵长类实验：失血性贫血中的治疗效果

小鼠实验验证了安全性和体内成熟能力，但小鼠和人差异还是太大。要评估临床应用潜力，非人灵长类（NHP）模型更有说服力。

研究团队用食蟹猴做了异种输血实验，这也是这项研究最有分量的部分。苏州方舟生物也因此成为全球范围内完成体外分化红细胞安全性与有效性系统验证的企业。

实验设计：模拟失血性贫血

研究人员先抽取猴子的血液，制造失血性贫血模型，然后分组处理：

结果一：促进血液学恢复

失血后，所有猴子的红细胞计数和血红蛋白含量都下降到初始值的82%-85%。

然后各组的恢复速度差异明显：

·       阴性对照组（只输代血浆）：红细胞和血红蛋白持续下降，需要240小时（10天）才能恢复到正常水平

·       阳性对照组I（输等量正常红细胞）：输血后快速回升，144小时（6天）恢复正常

·       实验组（输半量培养红细胞）：恢复速度和阳性对照组II（输半量正常红细胞）相近，明显快于阴性对照组

虽然实验组因为是半量输注，恢复速度比全量组慢，但比不输红细胞的阴性对照组快得多。这说明培养的红细胞确实发挥了替代作用。

结果二：改善缺氧状态

乳酸脱氢酶（LDH）是反映组织缺氧的重要指标——缺氧时无氧代谢增强，LDH会升高。

失血后，阴性对照组的LDH峰值达到初始值的9倍，而实验组只有8.06倍，阳性对照组I更低（4.15倍）。

LDH恢复正常的时间：阴性对照组需要168小时，实验组需要144小时，和阳性对照组II一致。

这证明：输注培养的红细胞确实能有效改善失血性贫血猴子的缺氧状况。

结果三：体内存活时间和正常红细胞相当

研究人员用荧光标记追踪了输入的红细胞，发现培养红细胞在猴子循环中的存活曲线和正常人类红细胞几乎一致。

当然，因为是异种输血（人红细胞输猴子），红细胞会逐渐被免疫系统清除，这是正常现象。但至少说明培养红细胞的结构完整性和正常红细胞没有明显差异。

长期安全性：18个月无异常

所有接受输血的猴子，研究人员观察了整整18个月。血常规、血生化、食欲、体重、行为全部正常，没有出现任何不良反应。

图 5 异种输注后非人灵长类动物的造血恢复情况

成本分析：离临床应用还有多远？

技术可行是一回事，用不用得起是另一回事。

研究团队算了一笔账：用改良培养基，生产1单位（200ml）红细胞的成本约6000美元。

听起来很贵？但和商用培养基比，这个成本已经只有商用培养基的1/30甚至更低。

当然，6000美元一单位血，目前还是远高于无偿献血的成本。但要考虑几个因素：

·       零输血感染风险：无志愿者献血环节，杜绝 HIV、乙肝、丙肝、CMV 等血液传播疾病

·       稀有血型患者：找不到匹配血源时，价格不是首要考虑因素

·       紧急战备/特殊场景：血液供应中断时，体外造血是不可替代的保障

·       技术迭代空间：随着工艺优化、规模化生产，成本还有大幅下降的可能

这项研究的意义与未来

为什么这项研究重要？

这是全球同时完成小鼠和非人灵长类双重验证的体外造血研究，苏州方舟生物也凭借这项成果成为完成体外分化红细胞安全性与有效性系统验证的企业。研究采用转瓶培养系统，真正向规模化生产迈进了一步，从产量、细胞功能、动物安全三大维度完成闭环验证，为后续产业化铺平了道路。

具体来说，它的价值体现在：

1.       产量突破：一份脐带血理论上可产500单位血液，扩增效率处于水平

2.       感染风险清零：全程体外封闭培育，不依赖人体献血，规避 HIV、各类肝炎病毒经血传播隐患

3.       功能验证充分：从血红蛋白、氧结合能力到体内功能，做了完整验证

4.       安全性证据扎实：原癌基因未激活，小鼠6个月、猴子18个月无异常

5.       生产体系可放大：转瓶系统为后续工业化生产奠定了基础

哪些人最可能先受益？

如果体外造血技术最终走向临床，最先受益的可能不是普通输血患者，而是：

·       稀有血型人群：比如Rh阴性血（熊猫血），血库经常告急

·       慢性贫血患者：需要长期反复输血的患者，比如地中海贫血、再生障碍性贫血人群，频繁输血极易暴露于 HIV、肝炎病毒风险

·       特殊医疗场景：战地医疗、偏远地区、灾害救援等血液供应困难的场景

·       配型困难的患者：避免输血排斥反应

小结

体外培养红细胞临床前研究小结

从1990年代开始探索体外造血，到今天实现规模化培养和灵长类验证，科学家们已经走了将近30年。

这项来自苏州方舟生物干细胞研究核心团队的研究，让我们离"人工血液"的梦想又近了一步。也许未来某一天，血液短缺将不再是困扰医疗的难题，稀有血型患者再也不用等待救命血源，战场上的伤员能第一时间得到输血救治。

脐带血，这份曾经被当作医疗废弃物的"生命种子"，正在被科学家们发掘出越来越多的可能性。从造血干细胞移植，到体外造红细胞，再到免疫细胞治疗，每一项突破都在拓宽生命的边界。

一、完整临床前验证闭环

现阶段这套脐带血体外红细胞工艺已走临床前研究：细胞层面证实红系分化正常、无原癌基因激活、血红蛋白携氧功能达标；小动物 6 个月长期观察无异常；非人灵长类大动物失血性贫血模型中，输注培养红细胞可有效缓解机体缺氧、加速造血恢复，安全性与有效性均得到充分佐证。

二、临床转化仍需人体临床试验落地

即便拥有完备的细胞、小动物、大动物临床前研究，体外诱导红细胞想要真正落地医院、服务病患，后续还需推进标准化人体临床试验，针对慢性贫血、稀有血型供血紧缺、反复输血易感人群等真实临床病症与用血需求，在人体层面持续验证输注安全性、长期耐受性与实际救治效果，完成全部临床审批流程后，才能正式作为替代血源投入临床输血场景。

三、技术配套与科研支持

本研究全套四阶段体外诱导工艺，均可使用苏州方舟生物红细胞诱导分化培养基，培养基组分精准匹配论文优化配方，细胞扩增稳定、红系分化效率高、批次一致性强，适配各类体外红细胞研发场景，欢迎咨询选购！

研究由苏州方舟生物干细胞研究团队承担的国家重大新药创制国际科技合作与交流专项（2013DFA30830）资助。

值得骄傲的是，在这场全球体外造血的技术竞赛中，苏州方舟生物干细胞团队已经走在了世界前列。苏州方舟生物作为完成体外分化红细胞在非人灵长类大动物失血性贫血模型中安全性与有效性系统验证的企业，凭借转瓶培养体系的技术创新和非人灵长级的完整验证，正在推进体外红细胞从实验室走向临床应用的产业化进程。

苏州方舟生物红细胞诱导分化培养基，稳定实现上亿倍红细胞扩增，零外源病毒污染风险！