干细胞库研究应用进展

张珍，王佃亮

干细胞是一类具有自我复制更新和多向分化潜能的原始细胞群体，在一定条件下，它可以分化成多种功能的细胞或组织器官。干细胞可用于白血病、心血管疾病、糖尿病、骨及软骨缺损、老年性痴呆、帕金森病、自身免疫性疾病、脊髓损伤和遗传性缺陷以及恶性肿瘤等疾病的治疗。同时，干细胞也是目前组织工程最理想的种子细胞，具有再生其他组织器官的能力，干细胞可用作组织工程和细胞工程的种子细胞及基因治疗的靶细胞等，具有广阔的应用前景。但干细胞的来源和数量有限，而干细胞库的建立可为干细胞的研究应用提供稳定的种子来源[1-2]。

干细胞库（stem cell bank）是大规模采集、制备、储存及进行干细胞研究的场所和平台，又被称为“生命银行”。干细胞库的建设有着严格的标准。对于厂址的选择及总平面的布置，医药洁净区的洁净度等级及不同医药洁净室的温度和湿度，洁净区与非洁净区的压力差等指标，要严格按照国家颁布的《医药工业洁净厂房设计规范》的公告进行规划建设，并按照《药品生产质量管理规范》（GMP）建造万级以及局部百级的高洁净区。同时干细胞库开展业务必须经执业验收及注册登记，并领取干细胞库执业许可证后方可进

行[3-4]。

根据制备储存的干细胞种类和来源不同，干细胞库可以分为骨髓库、脐血库、胚胎干细胞库、胎盘干细胞库、诱导多能干细胞库、间充质干细胞库、乳牙牙髓干细胞库、综合干细胞库等。根据提供方式和应用对象不同，可以将已有的干细胞库分为公共库和自体库。公共库所储存的干细胞是他人捐赠的干细胞，以满足需要移植但自体干细胞没有保存的患者的需求；自体库则是储存自身的干细胞，以备自己生病时使用[5]。

1 国内外建库情况

1.1 骨髓库

骨髓库也叫造血干细胞捐献者资料库。世界骨髓库建立于1994年，总部位于荷兰莱顿市。世界骨髓库是一个志愿组织，各国骨髓库都可以自愿参加，旨在消除跨国查询、捐献和移植的障碍，让各国骨髓库交流、讨论和共同发展。截止 2009年9 月底，世界骨髓库由 44个国家的63个骨髓库和26个国家的脐血库组成，骨髓捐赠志愿者1329 多万人。每年有 1万多名志愿者捐赠造血干细胞。其中最大的为美国骨髓库（National Marrow Donor Program，NMDP），1986年成立，至今已有 700 多万名志愿者，捐献方式有骨髓捐献和外周血造血干细胞捐献，每年的捐献量为4000 多例；其次为德国骨髓库，有 360 多万名志愿者，每年有 3000多例捐献[5-6]。截至 2011年，中华骨髓库在全国建立了31个省级分库，可用于为患者检索服务的HLA 分型资料128 多万份，目前已有 2000 多名志愿者为患者捐献了造血干细胞。

1.2 脐血库

脐血库是脐带造血干细胞库的简称，是专门提取和保存脐带血造血干细胞，并为需要造血干细胞移植的患者储备资源和提供干细胞的配型查询的特殊机构。目前为止，全世界已超过 150 家脐血库，其中欧洲占 40%，北美洲占 30%，亚洲占 20%，大洋洲占 10%。其中美国是建设脐血库最早的国家，目前已有 32 家自体脐血库和31 家公共脐血库。据统计，美国每年储存约 500000 份的脐血，约占新生婴儿的2.6%。欧洲脐血库的建设也比较早，目前欧洲拥有世界上最多数量的脐血干细胞库，有超过 29 家自体脐血库和50 家公共脐血库。日本第一家脐血库成立于1994年，1999年成立了脐血库联盟，目前该联盟已保存了超过 20000 份脐血。1993年Rubinstein 在纽约血液中心建立了全球第一个公共脐带血库。根据全球骨髓供者登记组织（bone marrow donors worldwide，BMDW）2003年4 月资料，其登记的21个国家中的32个脐带血库，共保存脐带血 13万余份，约占其登记的37个国家 51个无血缘关系的造血干细胞供者组织 839万无关供者（包括骨髓和脐带血）的116%。我国脐带血库始建于1998年。目前由卫生部批准设置的脐带血库为：北京、天津、上海、广东、四川、山东、浙江7 家脐带血库，更多省、市脐血库在筹划与建设中。我国台湾地区脐血库的建设也进展良好，目前拥有 10个脐血库，自体脐血库 7 家，公共库 3 家[7-8]。

1.3 胚胎干细胞库

人类胚胎干细胞（human embryonic stem cells，hESCs）具有自我更新、多向分化潜能，胚胎干细胞有能力分化成人体的任何组织。科学家希望能用它们培育可移植的人体组织，治疗癌症、糖尿病、脊椎损伤和其他疾病，具有巨大的基础研究和临床应用价值，是人类发育机制研究、临床药物筛选的理想模型，为干细胞移植治疗疾病提供丰富的细胞来源。2002年，最早的国家胚胎干细胞库成立于英国，它主要是一个向英国和海外科学家开放的细胞库，保存了大量来源于成人、婴儿和胚胎组织的干细胞。该库共保存了 63个细胞系，有 12个细胞系可以对研究机构开放。美国、西班牙也相继建成了国家胚胎干细胞库。除了国家细胞库之外，许多大学实验室和研究中心也具有小型的胚胎干细胞库。美国也已经有了商业性胚胎干细胞库，为进行体外受精的夫妇提供胚胎干细胞储存服务。目前为止，全世界约有 150个胚胎干细胞系，以向社会提供建系的胚胎干细胞，进行基础和临床研究[9-11]。

1.4 诱导多能干细胞库

诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPS）是由一些多能遗传基因导入皮肤等细胞中制造而成。让普通体细胞“初始化”，使其具备干细胞功能。产生的iPS 细胞在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞倍增能力、类胚体和畸形瘤生成能力、分化能力等方面都与胚胎干细胞相似。所以不需要制造胚胎，就可以从任何组织的细胞，甚至皮肤组织的细胞，制造出具有干细胞功能的细胞，也就不存在伦理问题了。如果用患者自身的细胞培育出诱导多能干细胞，至少需要 1年时间，如果有了诱导多能干细胞库，患者就能得到更为及时的医治。这项技术不仅可以从体细胞建立个体特异的多能干细胞系，解决了细胞移植治疗中的免疫排斥问题，而且为研究人类细胞的重编程机制，研究个体特异的疾病发生机制提供了有力方法。

日本京都大学干细胞科学家 Takahashi和Yamanaka[12]于2007年首次创建出iPS 细胞。科学家们正在利用诱导多能干细胞重组技术，建立来自不同人群的干细胞库。日本规划中的细胞库将储存诱导多能干细胞以及由其分化出来的各种脏器细胞。

1.5 间充质干细胞库

间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCS）是来源于中胚层的具有高度自我更新能力和多向分化潜能的成体干细胞，因能分化为间质组织而得名。间充质干细胞可以向多种中胚层和神经外胚层来源的组织细胞分化，如可分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞、肌腱细胞、平滑肌细胞、骨髓基质细胞、成纤维细胞及多种血管内皮细胞，甚至神经系统的神经元和神经胶质细胞等。因此，间充质干细胞是一种具有广泛应用前景的多能干细胞。间充质干细胞连续传代培养和冷冻保存后仍具有多向分化潜能。具有分化潜力大、增殖能力强、免疫源性低等特点，可作为理想的种子细胞，不论是自体还是同种异源的间充质干细胞，一般都不会引起宿主的免疫反应。种种特点使之成为治疗许多系统疾病的“实用型干细胞”。2006年，天津市建立了全球首个脐带间充质干细胞库，目前储存量突破 10000 份，已建立了标准化的干细胞分离、检测、培养、扩增和保存的配套工艺技术和质量控制体系，制订出国内首个脐带间充质干细胞企业技术标准，并通过了 ISO9001：2008 质量管理体系。随着对间充质干细胞的研究深入，许多脐血库也开展了脐带间充质干细胞的保存服务[13-15]。

1.6 胎盘干细胞库

胎盘干细胞库主要以保存新生胎儿胎盘来源干细胞为目标，利用产妇生产后的胎盘，分离出与婴儿组织配型相同的干细胞并为该婴儿终生保存。在其一生中，如患有白血病、糖尿病、老年痴呆症、脊椎损伤等需要干细胞治疗的疾病时，可及时得到自身的干细胞来治疗相关疾病。人类胎盘干细胞库的建立将为保存有胎盘干细胞的个人提供终身保障，并兼有类似加拿大人类胚胎干细胞库的功能，用来治疗各种疾病，尤其是可能实现癌症治疗的突破性进展。2008年11 月，中国在宁夏医科大学附属医院建立了“人类胎盘干细胞库”，这是中国按照临床应用标准建立的第一个人类胎盘库，也是世界上第一个可应用于临床的公共胎盘干细胞库。2011年5 月河南省与国家干细胞工程技术研究中心等共同搭建的河南省干细胞研究中心暨河南省胎盘干细胞库挂牌成立[16-17]。

1.7 乳牙牙髓干细胞库

在儿童脱落的乳牙中，含有丰富的乳牙牙髓干细胞。从脱落的乳牙牙髓中分离培养出干细胞用于储存是建立干细胞库的简单、较易被接受的方法，并为日后治疗机体外伤和病变提供了一个很好的组织工程学种子细胞来源。更重要的是，用个体化的干细胞进行自体移植再生性治疗，能最大限度降低免疫排斥和疾病交叉感染的风险。乳牙牙髓干细胞库有不受伦理学限制、取材简便可行、对供体（儿童）伤害最少、自体移植能最大限度地降低免疫排斥和疾病交叉感染的风险，以及能在供者本人甚至直系亲属有需要时迅速提供种子细胞等优点，已在北美、北欧地区发达国家和日本逐步构建[18]。

1.8 综合性干细胞库

综合性干细胞库从事多种类型干细胞制备及储存。江苏省干细胞库就是 2008年建成的综合性干细胞库。总储量高达 100万人份，干细胞日处理能力达 500 份，该干细胞库与江苏省内 150 多家医院合作开展脐带干细胞储存技术服务[19-20]。

2 干细胞库建设中存在的问题及解决对策

2.1 干细胞库建设应该统一规划

伴随着各地干细胞库的争相建立，科学研究不断取得突破性的进展的同时也暴露了很多问题，比如一个国家的建库密度是多少？多少人口应有一个干细胞库才能保证人们健康的需要？都没有明确的参考目标。这需要由政府或相关科研单位根据一个国家需要进行移植的患者概率，能够匹配的捐赠者的概率进行专门的调研，还要根据各大地区平均分配的原则来确定。一个地区应建多少个干细胞库合适，要建成什么样的干细胞库，库存量是多少？要根据实际捐助者能达到多少和每个地区的实际情况来确定最优库存规模。因此在建库前政府部门要进行合理的规划，既不能造成资源浪费，又要保证人们对健康的需要[21-25]。

2.2 干细胞库的运作形式应该多样化

国外的许多干细胞库是由政府投资、国家来运作的非盈利研究机构而且自体库与公共库分开经营；在国内公共库和自体库是共同经营的，由于国家财政投入不足，光靠政府或社会捐赠的经费显然是不能正常运作的，这就需要动用企业的力量，让企业参与进来控股经营，从而使干细胞库能够正常运行。但企业的介入也带来了不良影响，国内的干细胞库都具有商业性，相关干细胞产品的利润很高，政府对干细胞的保存及产品的价格都没有统一标准，这就要求监督部门要加强对企业的监管力度，有效地调控干细胞产品市场，使干细胞库能够长远发展。

2.3 技术和管理体制还有待完善

干细胞库保存的是比血液还要脆弱的干细胞，在样品采集、冻存时容易出现由于处理不及时、方法不得当导致的样品不能入库保存的问题。同时干细胞库的实验室体系也不够完善，没有严格而标准的操作规程和独立的质量管理系统。干细胞库不仅是干细胞的储存场所，还是未来向临床提供干细胞产品的场所，所以在相关技术质量标准上应该提高监管力度，强化技术管理体制。目前我国只是针对脐带血造血干细胞颁布了一系列的法规和规范，例如《脐带血造血干细胞库管理办法》、《脐带血造血干细胞库技术规范》及《脐带血造血干细胞库设置管理规范》等，并没有涉及到所有的干细胞库，所以还缺乏全面的管理标准。应该建立起一整套较为完善的、高于普通的血液管理的干细胞库标准，来规范干细胞采集、分离和储存程序以及干细胞库的科学管理与质控方法。只有严格的设置管理规范，强化管理制度，对工作人员进行严格的技术培训，对人才、资源、技术进行整合，才能使干细胞技术更加标准化，提升科技竞争力，为高品质干细胞的长期保存提供有力保障，进一步推动干细胞产业的发展[26]。

2.4 提供完善的干细胞保险机制

在干细胞分离、运输及保存过程中，总会因为一些主客观原因导致一定比例的干细胞最终不能正常入库，如胎盘发育不良、脐带血管畸形、微生物检测阳性等都会造成干细胞无法正常采集入库。即使技术再先进的干细胞库本身也无法保证每一份干细胞都能合格入库保存，因此就会产生一些因干细胞无法入库导致的纠纷。所以干细胞库应该与保险公司合作，为储存者提供完善的保险制度。这样万一意外发生，储存者就可获得客观的赔付，保险公司也增加了新的险种，而干细胞库本身也少了许多不必要的赔付纠纷。干细胞保险的建立为干细胞储户、保险公司和干细胞库三方提供有利的、新型的生命科学社会保障机制。

2.5 建立完善的信息管理系统

近些年干细胞库迅猛发展，但由于样本储存量少，资料不够完善，使临床应用受到了很大的限制。所以应该建立全国、全球互联网的信息系统，使储存的样本和资料能够互相连通，为国内外患者提供配型查询服务，更方便对各国干细胞库的建库状况进行统计分析，实现全球现有干细胞资源的共享，促进我国在干细胞领域与国际形成广泛的合作交流，提高我国干细胞技术在国际上的地位[27-28]。

3 干细胞库发展趋势及未来前景

干细胞库的建立为干细胞技术产业化提供了良好的平台，为临床应用提供高质量、来源合法的干细胞“种子”。目前干细胞库可以为新药物的研究提供良好的模型，研究人员可以通过干细胞模型模拟人体内环境，来测试各种新药物的药效及药毒理特性，对药物疗效及安全性进行评价。干细胞的多功能性决定了它广阔的应用前景。由于干细胞分化能力强，免疫原性低，近几年广泛被用来研究疾病的治疗以开辟疾病治疗的新途径。不远的将来，将会在恶性肿瘤、自身免疫性疾病和遗传性缺陷等疾病的治疗方面发挥重要作用。

预计将来在医院内也会相继建立起临床级别的干细胞库。这样既能节省样品采集运输时间，提高样品的合格率，又能充分地依托医院内的专家学者的科研团队，用现有的实验条件和研究基础推进干细胞在临床上的应用。医院内建立干细胞库将是干细胞库发展的一个新方向，无论对干细胞库还是医院本身都是一个良好的发展平台。随着科技的进步、冻存技术的进一步完善，细胞的冻存时间有望延长，不仅仅是保存 20年。最理想的是冻存时间延长到 50～60年仍保持细胞活性，这样，特别是脐带血的保存才具有更有效的医学意义。

我国人口众多，对干细胞的需求量大，干细胞库的种类也会相继增加；由于各民族之间也有差异，也会逐渐建立起包括针对各民族人种特点、多疾病类型的干细胞库。我国现有的干细胞库无论在储存数量、处理能力等方面，均居领先水平。目前我国在很多地区也都相继建起了各种类型的干细胞库。随着国家对各地干细胞库的审核和监督力度的加强，对相关的干细胞产品的临床应用也会设定严格的使用标准，会逐步建立起规模化、正规化、国际化的干细胞库。干细胞科研成果的质量也会逐渐提高，干细胞研究的整体水平也会加速提升[29]。

虽然干细胞生物工程研究还有许多难点，还有许多问题需要解决，但相信随着科学家们的不断努力，研究的不断深入，未来干细胞工程学将不断取得突破性进展，这个领域的突破将极大地推动整个生命科学的前进，以促进细胞技术和产品的健康快速发展，对医学研究和治疗技术都将产生重大影响，使干细胞治疗最终能造福于广大患者，为全人类健康作出巨大的贡献。

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