我國科研團隊基于仿生微載體建立造血干細胞擴增體系

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4月20日，記者從中國醫學科學院血液病醫院(血液學研究所)獲悉，該所高瀛岱研究員、施均主任醫師、程濤教授等與清華大學杜亞楠教授等團隊合作，建立了基于仿生微載體的人造血干細胞擴增體系，揭示了人巨核偏向造血干細胞(Mk-biased HSC)的存在及其免疫表型，為建立臨床級造血干細胞(HSC)體外擴增策略打開了思路，對基于造血干細胞的細胞治療的廣泛應用具有重要意義。相關研究成果18日在線發表于《自然·通訊》。

造血干細胞被認為是實現基于造血干細胞的細胞治療的基礎，限制其臨床應用的主要瓶頸是造血干細胞數量不足，以及由于造血干細胞功能缺陷，導致移植后特定譜系尤其是巨核系的重建失敗。因此，高質高效的造血干細胞擴增，對實現基于造血干細胞的細胞治療廣泛應用尤其重要，也是造血領域的關鍵技術和研究熱點。國內外不同團隊報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胞體外擴增策略，然而這些工作并未考察其對造血干細胞巨核系重建能力的影響。在人造血系統中，巨核偏向造血干細胞存在與否及其免疫表型仍是未解之謎。

此項研究制作了在剛性、孔徑大小、材料等方面仿生骨髓微環境的仿生微載體，將之添加到細胞培養體系中，發現該體系能以包括臍帶血(UCB)CD34+細胞，及臍帶血、外周血和骨髓單核細胞(MNC)在內的多種來源細胞為原料，擴增較原始的造血干細胞亞群。通過極限稀釋移植實驗得出，微載體將功能性造血干細胞擴增了5.01倍。經該體系培養的再生障礙性貧血(AA)患者來源的骨髓單核細胞，可重新恢復已喪失的免疫缺陷小鼠體內造血重建能力。在生物反應器內應用該擴增策略后，實現了以臍帶血單核細胞為起始細胞的造血干細胞體外規模化擴增，功能性干細胞擴增達7.39倍。

該研究進一步檢測了微載體對巨核造血的影響，發現在極限稀釋移植中，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胞，是功能性造血干細胞中更小的一個細胞亞群，提示了人巨核偏向造血干細胞的存在。培養基對照組的小鼠幾乎無法重建巨核系，表明傳統培養條件下巨核偏向造血干細胞容易喪失。而經過極限稀釋計算，發現微載體將巨核偏向造血干細胞擴增了3.36倍。經過單細胞測序分析，發現微載體培養后的特有細胞亞群的特征性基因為SELL(CD62L)和PROM1(CD133)，流式分析也證實了微載體存在獨特細胞亞群。通過分選該亞群(CD62L-CD133+)和非該亞群(non-CD62L-CD133+)進行移植實驗，證實了CD62L-CD133+亞群負責巨核系的重建，而non-CD62L-CD133+負責其他系重建，表明人巨核偏向造血干細胞富集于CD62L-CD133+亞群中。

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

(文中圖片由中國醫學科學院血液病醫院(血液學研究所)提供)

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