我科研团队基于仿生微载体建立造血干细胞扩增体系

• 2023-04-20 13:00:59 来源：科技日报

(资料图片)

科技日报实习记者 沈唯

4月20日，记者从中国医学科学院血液病医院（血液学研究所）获悉，该所高瀛岱研究员、施均主任医师、程涛教授等与清华大学杜亚楠教授等团队合作，建立了基于仿生微载体的人造血干细胞扩增体系，揭示了人巨核偏向造血干细胞（Mk-biased HSC）的存在及其免疫表型，为建立临床级造血干细胞（HSC）体外扩增策略打开了思路，对基于造血干细胞的细胞治疗的广泛应用具有重要意义。相关研究成果18日在线发表于《自然·通讯》。

造血干细胞被认为是实现基于造血干细胞的细胞治疗的基础，限制其临床应用的主要瓶颈是造血干细胞数量不足，以及由于造血干细胞功能缺陷，导致移植后特定谱系尤其是巨核系的重建失败。因此，高质高效的造血干细胞扩增，对实现基于造血干细胞的细胞治疗广泛应用尤其重要，也是造血领域的关键技术和研究热点。国内外不同团队报告了基于小分子化合物、多肽、高分子聚合物等多种造血干细胞体外扩增策略，然而这些工作并未考察其对造血干细胞巨核系重建能力的影响。在人造血系统中，巨核偏向造血干细胞存在与否及其免疫表型仍是未解之谜。

此项研究制作了在刚性、孔径大小、材料等方面仿生骨髓微环境的仿生微载体，将之添加到细胞培养体系中，发现该体系能以包括脐带血（UCB）CD34+细胞，及脐带血、外周血和骨髓单核细胞（MNC）在内的多种来源细胞为原料，扩增较原始的造血干细胞亚群。通过极限稀释移植实验得出，微载体将功能性造血干细胞扩增了5.01倍。经该体系培养的再生障碍性贫血（AA）患者来源的骨髓单核细胞，可重新恢复已丧失的免疫缺陷小鼠体内造血重建能力。在生物反应器内应用该扩增策略后，实现了以脐带血单核细胞为起始细胞的造血干细胞体外规模化扩增，功能性干细胞扩增达7.39倍。

该研究进一步检测了微载体对巨核造血的影响，发现在极限稀释移植中，成功植入的受体小鼠，淋系（Ly）和髓系（My）几乎全部重建，而仅有不到1/2的受体小鼠能够重建巨核系（Mk），表明具有重建巨核系的造血干细胞，是功能性造血干细胞中更小的一个细胞亚群，提示了人巨核偏向造血干细胞的存在。培养基对照组的小鼠几乎无法重建巨核系，表明传统培养条件下巨核偏向造血干细胞容易丧失。而经过极限稀释计算，发现微载体将巨核偏向造血干细胞扩增了3.36倍。经过单细胞测序分析，发现微载体培养后的特有细胞亚群的特征性基因为SELL（CD62L）和PROM1（CD133），流式分析也证实了微载体存在独特细胞亚群。通过分选该亚群（CD62L-CD133+）和非该亚群（non-CD62L-CD133+）进行移植实验，证实了CD62L-CD133+亚群负责巨核系的重建，而non-CD62L-CD133+负责其他系重建，表明人巨核偏向造血干细胞富集于CD62L-CD133+亚群中。

研究发现，细胞因子微环境的重塑和合理仿生提供的物理支持，对于该体系扩增人的造血干细胞十分关键。微载体特有的CD4阳性细胞亚群，通过细胞因子-细胞因子受体与其他亚群存在广泛的细胞间交流。不同刚性、孔径和材料的多种载体对比显示，只有合理仿生了骨髓细胞龛时才能够扩增造血干细胞，且原始造血干细胞和巨核偏向造血干细胞更多定位于微载体内部，表明造血干细胞和巨核偏向造血干细胞扩增需要仿生细胞龛的物理支持。

（文中图片由中国医学科学院血液病医院（血液学研究所）提供）

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