我國科研團(tuán)隊(duì)基于仿生微載體建立造血干細(xì)胞擴(kuò)增體系

【資料圖】

4月20日，記者從中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院(血液學(xué)研究所)獲悉，該所高瀛岱研究員、施均主任醫(yī)師、程濤教授等與清華大學(xué)杜亞楠教授等團(tuán)隊(duì)合作，建立了基于仿生微載體的人造血干細(xì)胞擴(kuò)增體系，揭示了人巨核偏向造血干細(xì)胞(Mk-biased HSC)的存在及其免疫表型，為建立臨床級(jí)造血干細(xì)胞(HSC)體外擴(kuò)增策略打開了思路，對(duì)基于造血干細(xì)胞的細(xì)胞治療的廣泛應(yīng)用具有重要意義。相關(guān)研究成果18日在線發(fā)表于《自然·通訊》。

造血干細(xì)胞被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)基于造血干細(xì)胞的細(xì)胞治療的基礎(chǔ)，限制其臨床應(yīng)用的主要瓶頸是造血干細(xì)胞數(shù)量不足，以及由于造血干細(xì)胞功能缺陷，導(dǎo)致移植后特定譜系尤其是巨核系的重建失敗。因此，高質(zhì)高效的造血干細(xì)胞擴(kuò)增，對(duì)實(shí)現(xiàn)基于造血干細(xì)胞的細(xì)胞治療廣泛應(yīng)用尤其重要，也是造血領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點(diǎn)。國內(nèi)外不同團(tuán)隊(duì)報(bào)告了基于小分子化合物、多肽、高分子聚合物等多種造血干細(xì)胞體外擴(kuò)增策略，然而這些工作并未考察其對(duì)造血干細(xì)胞巨核系重建能力的影響。在人造血系統(tǒng)中，巨核偏向造血干細(xì)胞存在與否及其免疫表型仍是未解之謎。

此項(xiàng)研究制作了在剛性、孔徑大小、材料等方面仿生骨髓微環(huán)境的仿生微載體，將之添加到細(xì)胞培養(yǎng)體系中，發(fā)現(xiàn)該體系能以包括臍帶血(UCB)CD34+細(xì)胞，及臍帶血、外周血和骨髓單核細(xì)胞(MNC)在內(nèi)的多種來源細(xì)胞為原料，擴(kuò)增較原始的造血干細(xì)胞亞群。通過極限稀釋移植實(shí)驗(yàn)得出，微載體將功能性造血干細(xì)胞擴(kuò)增了5.01倍。經(jīng)該體系培養(yǎng)的再生障礙性貧血(AA)患者來源的骨髓單核細(xì)胞，可重新恢復(fù)已喪失的免疫缺陷小鼠體內(nèi)造血重建能力。在生物反應(yīng)器內(nèi)應(yīng)用該擴(kuò)增策略后，實(shí)現(xiàn)了以臍帶血單核細(xì)胞為起始細(xì)胞的造血干細(xì)胞體外規(guī)模化擴(kuò)增，功能性干細(xì)胞擴(kuò)增達(dá)7.39倍。

該研究進(jìn)一步檢測(cè)了微載體對(duì)巨核造血的影響，發(fā)現(xiàn)在極限稀釋移植中，成功植入的受體小鼠，淋系(Ly)和髓系(My)幾乎全部重建，而僅有不到1/2的受體小鼠能夠重建巨核系(Mk)，表明具有重建巨核系的造血干細(xì)胞，是功能性造血干細(xì)胞中更小的一個(gè)細(xì)胞亞群，提示了人巨核偏向造血干細(xì)胞的存在。培養(yǎng)基對(duì)照組的小鼠幾乎無法重建巨核系，表明傳統(tǒng)培養(yǎng)條件下巨核偏向造血干細(xì)胞容易喪失。而經(jīng)過極限稀釋計(jì)算，發(fā)現(xiàn)微載體將巨核偏向造血干細(xì)胞擴(kuò)增了3.36倍。經(jīng)過單細(xì)胞測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)微載體培養(yǎng)后的特有細(xì)胞亞群的特征性基因?yàn)镾ELL(CD62L)和PROM1(CD133)，流式分析也證實(shí)了微載體存在獨(dú)特細(xì)胞亞群。通過分選該亞群(CD62L-CD133+)和非該亞群(non-CD62L-CD133+)進(jìn)行移植實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了CD62L-CD133+亞群負(fù)責(zé)巨核系的重建，而non-CD62L-CD133+負(fù)責(zé)其他系重建，表明人巨核偏向造血干細(xì)胞富集于CD62L-CD133+亞群中。

研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞因子微環(huán)境的重塑和合理仿生提供的物理支持，對(duì)于該體系擴(kuò)增人的造血干細(xì)胞十分關(guān)鍵。微載體特有的CD4陽性細(xì)胞亞群，通過細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體與其他亞群存在廣泛的細(xì)胞間交流。不同剛性、孔徑和材料的多種載體對(duì)比顯示，只有合理仿生了骨髓細(xì)胞龕時(shí)才能夠擴(kuò)增造血干細(xì)胞，且原始造血干細(xì)胞和巨核偏向造血干細(xì)胞更多定位于微載體內(nèi)部，表明造血干細(xì)胞和巨核偏向造血干細(xì)胞擴(kuò)增需要仿生細(xì)胞龕的物理支持。

(文中圖片由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院血液病醫(yī)院(血液學(xué)研究所)提供)

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