悉尼新南威尔士大学的生物医学工程师和医学研究人员独立发现了胚胎造血干细胞的产生，有朝一日可以消除对造血干细胞捐赠者的需求.
这些成就是再生医学向使用“诱导多能干细胞”迈进的一部分’ 治疗疾病, 干细胞是从成体组织细胞逆向工程而来，而不是使用活的人类或动物胚胎.
但是，尽管我们从那时起就知道诱导多能干细胞 2006, 关于如何在实验室中人工、安全地模拟人体细胞分化，以提供有针对性的医疗治疗，科学家们还有很多需要了解的地方.
新南威尔士大学研究人员在该领域开展了两项研究，不仅为造血干细胞前体在动物和人类中的发生方式提供了新的线索, 但如何人工诱导它们.
在今天发表的一项研究中细胞报告, 新南威尔士大学生物医学工程学院的研究人员展示了如何在实验室中使用微流体装置模拟胚胎的心脏跳动，从而开发出人类血液干细胞“前体”, 即将成为造血干细胞的干细胞.
并在发表于的一篇文章中自然细胞生物学 最近, 新南威尔士大学医学院的研究人员 & 健康揭示了小鼠胚胎中负责造血干细胞产生的细胞的身份.
这两项研究都是朝着理解如何, 什么时候, 哪里以及哪些细胞参与造血干细胞的产生. 将来, 这些知识可以用来帮助癌症患者, 除其他外, 接受过高剂量无线电辐射的人- 和化疗, 补充耗尽的造血干细胞.
模仿心脏
在详细研究中细胞报告, 主要作者 Jingjing Li 博士和其他研究人员描述了 3cm x 3cm 微流体系统如何泵送胚胎干细胞系产生的血液干细胞来模拟胚胎的心脏跳动和血液循环条件.
她说，这几十年来, 生物医学工程师一直在尝试在实验室培养皿中制造造血干细胞，以解决供体造血干细胞短缺的问题. 但目前还没有人能够实现这一目标.
“部分问题在于，我们仍然没有完全了解胚胎发育过程中微环境中发生的所有过程，这些过程导致大约一天内产生造血干细胞 32 在胚胎发育过程中,” 李医生说.
“所以我们制作了一个模仿心脏跳动和血液循环的装置以及一个会产生剪切应力的轨道振动系统 — 或摩擦力 — 当血细胞穿过设备或在培养皿中移动时，它们会发生变化。”
这些系统促进了前体血液干细胞的发育，可以分化成各种血液成分 — 白细胞, 红细胞, 血小板及其他. 他们很高兴看到同样的过程 — 称为造血作用 — 复制到设备中.
研究合著者罗伯特·诺登副教授表示，他感到惊讶的是，该设备不仅创造了造血干细胞前体，并继续产生分化的血细胞, 但它也创造了胚胎心脏环境的组织细胞，这对于这一过程至关重要.
“让我惊叹的是造血干细胞, 当它们在胚胎中形成时, 形成于称为主动脉的主要血管壁中. 它们基本上从主动脉弹出并进入循环, 然后进入肝脏并形成所谓的确定性造血作用, 或确定的血液形成.
“让主动脉形成，然后细胞实际上从主动脉进入循环系统, 这是生成这些细胞所需的关键步骤。”
“我们已经证明，我们可以产生一种可以形成所有不同类型血细胞的细胞. 我们还表明它与主动脉内壁的细胞密切相关 — 所以我们知道它的起源是正确的 — 并且它会扩散,” 副教授. 诺登说.
研究人员对他们在用机械装置模拟胚胎心脏病方面取得的成就持谨慎乐观的态度. 他们希望这可以成为解决当今限制再生医学治疗挑战的一步: 捐献者血液干细胞短缺, 供体组织细胞的排斥, 以及围绕使用体外受精胚胎的伦理问题.
“移植中使用的造血干细胞需要与患者具有相同组织类型的供体,” 副教授. 诺登说.
“从多能干细胞系中制造血液干细胞将解决这个问题，而不需要组织匹配的供体提供充足的供应来治疗血癌或遗传疾病。”
李博士补充道: “我们正在致力于使用生物反应器扩大这些细胞的生产规模。”
谜团解开
同时, 并独立于李博士和副教授工作. 北, 新南威尔士大学医学 & 健康中心的 John Pimanda 教授和 Vashe Chandrakanthan 博士正在研究胚胎中如何产生造血干细胞.
在他们对老鼠的研究中, 研究人员寻找哺乳动物中自然使用的机制，以从血管内壁细胞中制造造血干细胞, 称为内皮细胞.
“众所周知，这一过程发生在哺乳动物胚胎中，主动脉内的内皮细胞在造血过程中转变为血细胞,” 教授. 皮曼达说.
“但迄今为止，调节这一过程的细胞的身份一直是个谜。”
在他们的论文中, 教授. Pimanda 和 Chandrakanthan 博士描述了他们如何通过识别胚胎中可以将胚胎和成体内皮细胞转化为血细胞的细胞来解决这个难题。. 细胞 — 被称为“Mesp1 衍生的 PDGFRA+ 基质细胞”’ — 位于主动脉下方, 在胚胎发育过程中仅以非常狭窄的窗口包围主动脉.
Chandrakanthan 博士表示，了解这些细胞的身份为医学研究人员提供了如何触发哺乳动物成体内皮细胞产生造血干细胞的线索 — 他们通常无法做的事情.
“我们的研究表明，当来自胚胎或成人的内皮细胞与“Mesp1 衍生的 PDGFRA+ 基质细胞”混合时’ — 他们开始制造造血干细胞,” 他说.
虽然在转化为临床实践之前还需要更多的研究 — 包括在人体细胞中确认结果 — 这一发现可能提供一种潜在的新工具来生成可移植造血细胞.
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