美國科學家近日報告，利用人胚胎幹細胞可以在實驗室培育出有攜帶氧功能的成熟紅細胞，這個成果將可能解決個別血型血源緊缺的問題，也可幫助避免輸血相關疾病的發生。該文於2008年8月19日在線發表於《血液》(Blood)雜誌上。
紅細胞的成熟過程
紅細胞成熟時沒有細胞核和細胞器，胞質內充滿血紅蛋白，具有攜帶氧氣和二氧化碳的功能。因為紅細胞膜上存在ABO血型抗原，因此在輸血之前需要檢測血型。
成年人的紅細胞主要來源於分布在胸骨、椎骨、肋骨等扁骨內的紅骨髓。紅骨髓中的髓係多能幹細胞能分化成紅係定向祖細胞，紅係定向祖細胞在促紅細胞生成素的作用下，能增殖分化為原紅母細胞。原紅細胞經過有絲分裂、增殖成為網織紅細胞，進而成為成熟紅細胞。
此前已有研究證實，人胚胎幹細胞有分化成紅係、髓係、巨核係和淋巴係細胞的潛力，也有試驗者曾用人胚胎幹細胞培育出了原始紅係細胞，但是用人胚胎幹細胞培育紅細胞的效率，培育出紅細胞攜帶氧氣的能力等問題一直有待解答。
來源於胚胎幹細胞的紅細胞
此次美國馬薩諸塞先進細胞技術(Advanced Cell Technology)公司的盧(Lu)等以人胚胎幹細胞為“原材料”，通過一係列營養素和生長因子，培育出了成紅細胞，並成功地實現了成紅細胞向成熟、有功能紅細胞的轉化。
有生理功能
研究者報告，其培育出的紅細胞95%以上都有細胞核，比成熟紅細胞大，平均直徑約10 μm(圖1)。經染色發現，這些紅細胞的胞質中含豐富的血紅蛋白。免疫特征分析結果表明，這些紅細胞中，超過65%表達胚胎血紅蛋白(HbF)，超過75%呈CD71陽性，30%表達CD235a，但是大多數細胞沒有表達骨髓單核細胞和巨核細胞抗原(CD14、CD15和CD41)以及祖細胞抗原(CD34、CD35及CD36)。
功能分析表明，以胚胎幹細胞為來源的紅細胞，其氧解離曲線與成人紅細胞極其相似(圖2)。此外，來源於胚胎幹細胞的紅細胞，其物理(玻爾效應)和化學性質(pH值)也與成人紅細胞相近。這些結果表明，來源於胚胎幹細胞的紅細胞其攜帶氧氣的能力與正常成年人的紅細胞相近。
向萬能血源邁進
通過RhD血型分析發現，在幾種胚胎幹細胞係中，來源於MA01的紅細胞為RhD陽性，來源於MA99的為RhD陰性。通過ABO血型分析發現，MA01係來源的紅細胞表達A抗原，MA99係來源的紅細胞表達B抗原，WA01係來源的紅細胞既不表達A抗原也不表達B抗原。因此WA01係來源的紅細胞屬於O型，MA01來源的紅細胞屬於A型RhD陽性，MA99來源的紅細胞屬於B型RhD陰性。
將來如果能夠找到一種人胚胎幹細胞係，培養出的紅細胞為O型RhD陰性，那麼這種人工紅細胞將可能成為萬能血源。
來源於人胚胎幹細胞的成紅細胞，若要在體外環境下成為成熟紅細胞，去核是關鍵的一步。研究者發現，法國學者曾於《自然生物技術》雜誌(Nat Biotechnol 2005，23:69)報告的方法用造血幹細胞懸浮培養基(Stemline Ⅱ)加細胞因子等，可以使來源於胚胎幹細胞的紅細胞生長、成熟、去核，效率顯著高於其他培養條件。在此研究中，大約30%~65%的原紅細胞成功去核，成為與正常成人紅細胞尺寸相似的細胞(圖3a和圖3b)。研究者進一步分析去核過程，發現紅細胞尺寸和細胞核與細胞質的比值逐漸減小。聯苯胺(benzidine)染色表明，紅細胞中的血紅蛋白逐漸積累，細胞尺寸逐漸減小(圖4)。
展望:更廣闊的紅細胞來源
前段時間曾有研究表明，人體細胞可被重新“編程”，回到幹細胞的狀態，成為被誘導多能幹細胞(iPSC)。研究者之一蘭紮(Lanza)大膽設想，如果找到血型為O型RhD陰性者提供體細胞，重新編程回到iPSC，再用其iPSC培養出紅細胞，那麼這樣O型RhD陰性的紅細胞將可能解決目前輸血相關的一係列問題，包括血源緊張、輸血傳播疾病等。
