干细胞(stem cell, SC)是机体内存在的一类未分化的、尚不成熟的特殊细胞, 具有自我更新、增殖及多向分化的潜能, 在体外可分离、扩增和冷冻保存, 且能在适当条件下被诱导分化为不同的组织细胞和器官, 具有潜在的再生功能。目前, 胚胎干细胞(embryonic stem cells, ESCs)、诱导性多能干细胞 (induced pluripotent stem cells, iPSCs)及其他干细胞等在再生医学、药物筛选、体外毒理学等领域中表现出诱人的前景, 给科学界和医学界带来了巨大的希望。
但是, 一般情况下, 可从供体中获得的干细胞数量是很少的。即使在含量丰富的骨髓中, 每 10 000-15 000个骨髓细胞中只有一个造血干细胞 (haematopoietic stem cell, HSC), 人和动物皮肤中的干细胞含量仅为7%~8%。在许多细胞治疗中, 治疗一个成年病人所需要的细胞量已经远远超过来自供体的可用细胞量。例如: 心肌梗死病人需要 1×109 ~2×109 的心肌细胞去代替损伤的心肌组织。胰岛移植时, 一个体重70 kg的病人需要1.3×109 个胰岛β细胞。
因此, 若要将干细胞推向临床应用化及产业化等实际应用, 迫切需要解决的一个问题就是如何在体外大规模扩增这些干细胞, 使干细胞产品在量上达到临床治疗的要求。目前, 生物反应器(bioreactor) 的提出为干细胞培养提供了一种有效的方法, 利用生物反应器培养干细胞能实现规模化扩增, 并能有效地维持干细胞的未分化特性, 进而满足临床上细胞治疗量的要求。
