據(jù)悉，這些成就是再生醫(yī)學(xué)走向使用“誘導(dǎo)多能干細(xì)胞”來治療疾病的一部分。在這種情況下，干細(xì)胞是由成人組織細(xì)胞逆向設(shè)計(jì)的，而非使用活的人類或動(dòng)物胚胎。

雖然自2006年以來我們就已經(jīng)開始知道誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，但研究人員仍有很多東西需要學(xué)習(xí)從而了解如何在實(shí)驗(yàn)室中人為地、安全地模仿人體的細(xì)胞分化以提供有針對(duì)性的醫(yī)療。

UNSW的研究人員最近在這一領(lǐng)域完成了兩項(xiàng)研究，其不僅揭示了造血干細(xì)胞的前體如何在動(dòng)物和人類體內(nèi)發(fā)生而且還揭示了如何以人工方式誘導(dǎo)它們。

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當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月13日，UNSW生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的科學(xué)家在《Cell Reports》上發(fā)表了一項(xiàng)研究。他們展示了如何在實(shí)驗(yàn)室中使用微流控設(shè)備模擬胚胎的跳動(dòng)心臟從而發(fā)展出人類造血干細(xì)胞“前體”，即即將成為造血干細(xì)胞的干細(xì)胞。

在另一篇最近發(fā)表于《Nature Cell Biology》的文章中，UNSW醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院的研究人員揭示了小鼠胚胎中負(fù)責(zé)造血干細(xì)胞的細(xì)胞身份。

這兩項(xiàng)研究都是了解如何、何時(shí)、何地及哪些細(xì)胞參與造血干細(xì)胞的重要步驟。在未來，這一知識(shí)可用于幫助癌癥患者，其中包括接受過大劑量放射治療和化療的患者以補(bǔ)充他們耗盡的血液干細(xì)胞。

模仿心臟

在《Cell Reports》詳述的研究中，論文第一作者Jingjing Li博士和研究人員描述了一個(gè)3厘米x3厘米的微流體系統(tǒng)如何泵送由胚胎干細(xì)胞系產(chǎn)生的血液干細(xì)胞以模擬胚胎的心臟跳動(dòng)和血液循環(huán)狀況。

Li表示，在過去的幾十年時(shí)間里，生物醫(yī)學(xué)工程師一直在嘗試在實(shí)驗(yàn)室皿中制造造血干細(xì)胞以解決捐獻(xiàn)者造血干細(xì)胞短缺的問題。但目前還沒有人能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。

“問題的一部分是，我們?nèi)圆煌耆私庠谂咛グl(fā)育過程中微環(huán)境中發(fā)生的所有過程，這些過程導(dǎo)致了在胚胎發(fā)育的大約第32天產(chǎn)生造血干細(xì)胞，”Li說道，“因此，我們制作了一個(gè)模擬心臟跳動(dòng)和血液循環(huán)的設(shè)備及一個(gè)軌道搖動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)血細(xì)胞在設(shè)備中或在培養(yǎng)皿中移動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力-或摩擦。”

這些系統(tǒng)促進(jìn)了前體造血干細(xì)胞的發(fā)展，它們可以分化成各種血液成分--白細(xì)胞、紅細(xì)胞、血小板和其他。他們很高興看到這個(gè)同樣的過程--被稱為造血--在設(shè)備中得到復(fù)制。

研究的共同作者Robert Nordon副教授稱，他感到驚訝的是，該設(shè)備不僅創(chuàng)造了血液干細(xì)胞前體從而繼續(xù)產(chǎn)生分化的血細(xì)胞，而且還創(chuàng)造了對(duì)這一過程至關(guān)重要的胚胎心臟環(huán)境的組織細(xì)胞。

“讓我驚嘆的是，造血干細(xì)胞在胚胎中形成時(shí)是在被稱為主動(dòng)脈的主要血管壁上形成。它們基本上從這個(gè)主動(dòng)脈跳出來、進(jìn)入血液循環(huán)，然后到肝臟并形成所謂的明確造血或明確的血液形成。讓主動(dòng)脈形成然后細(xì)胞實(shí)際從該主動(dòng)脈進(jìn)入循環(huán)，這是生成這些細(xì)胞所需的關(guān)鍵步驟。我們所展示的是，我們可以生成一種能形成所有不同類型血細(xì)胞的細(xì)胞。我們還發(fā)現(xiàn)，它跟主動(dòng)脈內(nèi)襯細(xì)胞有非常密切的關(guān)系--因此我們知道它的起源是正確的--而且它能增殖，”Nordon教授說道。

研究人員對(duì)他們用機(jī)械裝置模擬胚胎心臟狀況的成就持謹(jǐn)慎樂觀態(tài)度。他們希望這能成為解決限制當(dāng)今再生醫(yī)學(xué)治療的挑戰(zhàn)的一步：捐獻(xiàn)者造血干細(xì)胞的短缺、捐獻(xiàn)者組織細(xì)胞的排斥及圍繞使用試管嬰兒胚胎的倫理問題。

Nordon教授表示：“用于移植的造血干細(xì)胞需要與病人有相同組織類型的捐贈(zèng)者。從多能干細(xì)胞系中制造造血干細(xì)胞將解決這一問題，而不需要組織匹配的捐贈(zèng)者，這為治療血癌或遺傳疾病提供充足的供應(yīng)?！?/p>

Li博士則補(bǔ)充稱：“我們正在努力利用生物反應(yīng)器擴(kuò)大這些細(xì)胞的制造規(guī)模?！?/p>

解開謎團(tuán)

與此同時(shí)，獨(dú)立于Li博士和Nordon教授的UNSW醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院的John Pimanda教授和Vashe Chandrakanthan博士正在進(jìn)行他們自己有關(guān)血液干細(xì)胞是如何在胚胎中產(chǎn)生的研究。

在對(duì)小鼠的研究中，研究人員尋找了哺乳動(dòng)物中自然使用的機(jī)制，即從排列血管的細(xì)胞（被稱為內(nèi)皮細(xì)胞）中制造造血干細(xì)胞。

“人們已經(jīng)知道這一過程發(fā)生在哺乳動(dòng)物的胚胎中，在造血過程中，排列在主動(dòng)脈上的內(nèi)皮細(xì)胞會(huì)變成血細(xì)胞。但到目前為止，調(diào)節(jié)這一過程的細(xì)胞的身份一直是個(gè)謎，”Pimanda教授說道。

Pimanda教授和Chandrakanthan博士在他們的論文中描述了他們?nèi)绾瓮ㄟ^識(shí)別胚胎中能將胚胎和成人內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為血細(xì)胞的細(xì)胞來解決這個(gè)難題。這些細(xì)胞--被稱為“Mesp1衍生的PDGFRA+基質(zhì)細(xì)胞”--居住在主動(dòng)脈下方，且在胚胎發(fā)育過程中只在一個(gè)非常狹窄的窗口內(nèi)圍繞著主動(dòng)脈。

Chandrakanthan博士稱，了解這些細(xì)胞的身份為醫(yī)學(xué)研究人員提供了關(guān)于如何觸發(fā)哺乳動(dòng)物成體內(nèi)皮細(xì)胞創(chuàng)造造血干細(xì)胞的線索--這是它們通常無法做到的。

“我們的研究表明，當(dāng)來自胚胎或成人的內(nèi)皮細(xì)胞與‘Mesp1衍生的PDGFRA+基質(zhì)細(xì)胞’混合時(shí)--它們開始制造血液干細(xì)胞。

雖然在將其轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐之前還需要更多的研究--包括在人類細(xì)胞中確認(rèn)結(jié)果--但這一發(fā)現(xiàn)可以提供一個(gè)潛在的新工具來生成可移植的造血細(xì)胞。

“使用自己的細(xì)胞來生成造血干細(xì)胞可以消除對(duì)捐贈(zèng)者輸血或干細(xì)胞移植的需要，”Pimanda教授說道，“解開自然界使用的機(jī)制使我們離實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)又近了一步?！?/p>