什么是造血干细胞

造血干细胞是维持人体终身造血的核心成体干细胞，作为存在于骨髓、外周血、脐带血中的原始造血细胞，它是所有血液细胞的“祖先”，具有自我更新、多向分化和归巢（移植后自动迁移至骨髓微环境定居并恢复造血功能）的关键特性，临床主要用于治疗白血病、淋巴瘤、再生障碍性贫血等血液系统疾病，也可应用于部分遗传性疾病的治疗。

图1. Hematopoiesis^[1]

造血干细胞的应用

造血干细胞就像人体血液系统的“种子”，能够生成所有血细胞。它的核心应用是移植，用以重建健康的造血和免疫系统。

临床治疗核心应用

血液系统恶性肿瘤：用于治疗白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤等，通过移植重建患者正常造血与免疫功能。
血液系统良性疾病：治疗再生障碍性贫血、地中海贫血、血友病等，替代异常造血细胞，恢复机体造血能力。
遗传性疾病：针对先天性免疫缺陷病、遗传性代谢病等，通过健康造血干细胞替代缺陷细胞，改善疾病症状。
自身免疫性疾病：用于系统性红斑狼疮、类风湿关节炎等的治疗，重置免疫系统，减轻异常免疫反应。

拓展应用

实体瘤辅助治疗：部分实体瘤（如神经母细胞瘤）患者，在大剂量化疗后，移植造血干细胞可快速恢复骨髓功能，提高治疗耐受性。
医学研究领域：作为干细胞研究的重要模型，用于造血机制、细胞分化调控、疾病发病机制等基础研究，同时为细胞治疗技术的开发提供支撑。

造血干细胞的体外扩增

在造血干细胞移植（Hematopoietic Stem Cell Transplantation，HSCT）过程中，若出现动员效果不佳的情况，或是采用脐带血作为造血干细胞的移植来源，往往会面临造血干细胞数量匮乏的问题。这一问题容易造成移植后造血干细胞植入迟缓，进而使患者发生感染和出血的概率显著升高，对患者的生命安全构成严重威胁。因此，研发能够在保留造血干细胞自我更新与多向分化潜能的前提下，实现其体外高效扩增的技术方法，具有至关重要的临床意义。

图2. Components of ex vivo HSC culture systems^[2]

核心技术路径分类

内源修饰路径：直接调控HSC自身特性，包括基因编辑修饰（编辑干性相关基因）、小分子化合物靶向调控（作用于Wnt/Hippo等通路）、代谢重编程（调节糖代谢/线粒体代谢）、表观遗传调控（改变染色质状态）。
外源刺激路径：通过外部环境或物质诱导扩增，包括细胞因子组合诱导（IL-3/SCF/FLT3L）、仿生微环境培养（3D支架/凝胶模拟骨髓niche）、基质细胞共培养（基因修饰基质细胞分泌造血因子）。

关键技术特点

主流方法多采用“内源调控+外源刺激”协同策略，兼顾扩增效率与干性维持。
临床转化中更倾向于细胞因子、小分子化合物组合等安全可控的技术，基因编辑类方法仍处于临床前研究阶段。
脐带血HSC扩增是研究热点，通过技术优化可突破其细胞数量限制，拓宽移植适用范围。

临床应用价值

解决HSCT中动员不良、脐带血供者细胞不足的问题，降低植入延迟风险。
提升高危血液疾病患者移植成功率，减少感染、出血等并发症。
为个性化细胞治疗、再生医学研究提供充足的功能性HSC来源。

造血干细胞体外扩增优化策略

因采集HSC数量不足造成部分技术瓶颈，通过对体外培养实验分离出的造血干/祖细胞（hematopoietic stem/progenitor cells，HSPC）添加造血细胞因子、筛选活性化合物、基质细胞共培养、材料模拟骨髓微环境及基因编辑调控等手段，力求在体外实现HSC高效扩增与自我更新能力的同步维持。

细胞因子组合诱导法

最经典的基础方法，通过添加多种造血生长因子模拟体内造血微环境。
常用因子包括干细胞因子（SCF）、白介素-3（IL-3）、FLT3配体（FLT3L）、促血小板生成素（TPO）等，单独或联合使用可促进HSC增殖。
优势是操作简便、安全性高。

仿生微环境培养法

构建模拟骨髓niche的体外环境，为HSC提供立体支撑和信号调控。
常见形式包括3D纳米支架、胶原凝胶、仿生水凝胶等，部分会负载细胞因子或基质细胞。
可显著提升HSC扩增效率和干性维持效果。

小分子化合物调控法

利用小分子化合物靶向调控HSC干性相关信号通路。
代表性化合物有穿心莲内酯、UM171、SR1等，可抑制HSC分化、促进自我更新。
优势是成本较低、易规模化应用，能与细胞因子协同提升扩增效果。

基因工程修饰法

通过基因编辑技术改造HSC，增强扩增能力或干性维持。
例如修饰间充质基质细胞使其持续分泌造血因子。
扩增效率高，但存在基因编辑安全性和伦理考量，目前多处于临床前研究阶段。

多能干细胞诱导分化法

以诱导多能干细胞（iPSC）或胚胎干细胞为原料，通过定向分化生成功能性HSC。
可解决天然HSC来源不足的问题，理论上能无限扩增，适配个性化治疗。
技术难度较高，需精准调控分化过程，部分成果已进入早期临床试验。

IL-3/SCF/FLT3L三因子组合解锁HSPC扩增潜能

IL-3/SCF/FLT3L三因子组合是HSPC体外扩增的经典且高效的细胞因子方案，通过协同激活信号通路、调控细胞周期，在维持造血干细胞干性的同时显著提升扩增效率，为解决移植中细胞数量不足的问题提供关键技术支撑。

三因子各自核心作用

IL-3（白细胞介素-3）：通过激活JAK/STAT、ERK等多条信号通路，促进多系造血祖细胞增殖，尤其是嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、巨核细胞等。它能增强HSC对其他细胞因子的响应敏感性，尤其在修复损伤HSC（如辐射损伤）、减少凋亡方面作用显著。
SCF（干细胞因子）：通过结合HSC表面的c-Kit受体启动信号传导，推动HSC从静止期（G0期）进入细胞周期，启动增殖过程，维持HSPCs存活与自我更新，与IL-3、FLT3L协同扩增CD34+细胞。
FLT3L（酪氨酸激酶3配体）：靶向结合HSC表面的FLT3受体，自身不单独启动增殖，能与SCF、IL-3形成协同效应。它可特异性维持早期造血细胞的未分化状态，阻止HSC在扩增中过早定向分化，从而保留更多功能性原始细胞。

组合协同扩增机制

三因子通过“启动增殖+维持干性+抑制凋亡”的功能互补，构建完整的信号网络。SCF启动细胞周期，IL-3强化增殖与存活信号，FLT3L则锁定原始细胞特性，三者联合可显著提升CD34⁺CD38⁻等干性标志物阳性细胞的比例。
针对辐射损伤或动员不良来源的HSC，该组合能有效激活损伤修复通路，使存活细胞重新进入增殖周期，扩增效率显著优于单一因子或其他组合方案。

应用价值与优势

作为经典且成熟的方案，操作简便、安全性高，广泛应用于脐带血、外周血等不同来源HSC的体外扩增，可有效突破原始细胞数量限制。
与小分子化合物（如UM171、SR1）联合使用时，能进一步放大扩增效果，为HSCT提供充足的功能性细胞，缩短患者术后中性粒细胞恢复时间，降低感染风险。

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产品数据

Bioactivity of human IL-3

图3. The ED₅₀ as determined by a cell proliferation assay using human TF-1 cells is less than 0.1 ng/mL, corresponding to a specific activity of > 1.0 × 10⁷ IU/mg.

Bioactivity of human SCF

图4. The ED₅₀ as determined by a cell proliferation assay using human TF-1 cells is less than 2 ng/mL, corresponding to a specific activity of > 5.0 × 10⁵ IU/mg.

Bioactivity of human FLT3L

图5. Measured by its binding ability in an ELISA method. Immobilized Human Flt3-Ligand at 1 μg/mL (100 μL/well) can bind Flt3-Ligand mouse monoclonal antibody. The ED₅₀ is 5.2 to 6.2 ng/mL.

相关产品信息

产品名称	货号	规格
Recombinant Human IL-3 Protein 重组人白介素-3	90104ES	10μg/50μg/100μg/500μg/1mg
Recombinant Mouse IL-3 Protein重组小鼠白介素-3	90143ES	2μg/10μg/50μg/100μg/500μg
Recombinant Human SCF Protein 重组人干细胞因子	92251ES	2μg//1mg
Recombinant Mouse SCF Protein 重组小鼠干细胞因子	92260ES	2μg/10μg/50μg/100μg/500μg
Recombinant Human Flt3-Ligand/FLT3L Protein, His Tag 重组人Flt3配体	92279ES	10μg/100μg/500μg
Recombinant Mouse Flt-3 Ligand/FLT3L Protein 重组小鼠FLT3配体	92610ES	10μg/100μg/1mg

参考文献：

1. Mirantes C, Passegué E, Pietras EM. Pro-inflammatory cytokines: Emerging players regulating HSC function in normal and diseased hematopoiesis. Experimental Cell Research 2014; 329(2):248-254.

2. Wilkinson AC, Igarashi KJ, Nakauchi H. Haematopoietic stem cell self-renewal in vivo and ex vivo. Nature Reviews Genetics 2020; 21(9):541-554.

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