悉尼新南威爾士大學(UNSW)生物醫學工程師和醫學研究人員在胚胎血液干細胞創造方面的獨立新發現，有一天可能會消除對血液干細胞捐贈者的需求。

這些成就是再生醫學朝著使用“誘導多能干細胞”治療疾病的方向邁進的一部分。這種方法是從成人組織細胞中逆向工程干細胞，而不是使用活的人類或動物胚胎。盡管自2006年以來我們已經了解了誘導多能干細胞，但研究人員仍有大量的知識需要了解，如何在實驗室中人工和安全地模仿人體細胞分化，以提供靶向治療。

誘導多能干細胞是一種可直接由體細胞產生的多能干細胞。體細胞是除配子、生殖細胞、配子細胞或未分化的干細胞外，構成多細胞有機體主體的任何生物細胞。

新南威爾士大學的研究人員最近在這一領域完成了兩項研究，這兩項研究不僅揭示了血液干細胞的前體如何在動物和人類中發生，而且揭示了它們如何被人工誘導。

2022年9月13日，新南威爾士大學生物醫學工程學院的科學家在《Cell Reports》雜志上發表了一項研究。他們演示了如何在實驗室中使用微流體設備模擬胚胎心臟的跳動，從而開發出人類血液干細胞“前體”，這是一種即將成為血液干細胞的干細胞。

在最近發表在《Nature Cell Biology》上的另一篇文章中，新南威爾士大學醫學與健康學院的研究人員揭示了小鼠胚胎中負責產生血液干細胞的細胞的身份。

這兩項研究都是了解血液干細胞如何、何時、何地以及哪些細胞參與創造的重要步驟。在未來，這一知識可以用于幫助癌癥患者，以及其他接受了高劑量放射和化療的患者，以補充他們耗盡的血液干細胞。

模擬心臟

在《Cell Reports》中詳細介紹的這項研究中，第一作者Jingjing Li博士和其他研究人員描述了一個3cm x 3cm的微流體系統是如何泵入從胚胎干細胞系中產生的血液干細胞，以模擬胚胎的心臟跳動和血液循環狀況。

她說，在過去的幾十年里，生物醫學工程師一直試圖在實驗室培養皿中制造血液干細胞，以解決供體血液干細胞短缺的問題。但至今還沒有人能夠做到這一點�！安糠謫栴}在于，我們仍然沒有完全理解胚胎發育過程中微環境中發生的所有過程，這些過程導致胚胎發育第32天左右產生血液干細胞，”Li博士說�！八�以我們制作了一個模擬心臟跳動和血液循環的設備，以及一個眼眶震動系統，當血細胞在設備中或在培養皿中移動時，該系統會對血細胞產生剪切應力或摩擦�！�

這些系統促進了前體血液干細胞的發育，這些干細胞可以分化成各種血液成分——白細胞、紅細胞、血小板和其他。他們很興奮地看到這個被稱為造血的過程在設備中被復制。

該設備不僅創造了血液干細胞前體，進而產生了分化的血細胞，而且還創造了胚胎心臟環境的組織細胞，這對這一過程至關重要。

令人驚訝的是，當血液干細胞在胚胎中形成時，它們會在被稱為主動脈的主血管壁上形成。它們基本上從主動脈出來進入循環，然后進入肝臟形成所謂的決定性造血，或決定性的血液形成。讓主動脈形成，然后細胞從主動脈進入血液循環，這是產生這些細胞所需的關鍵步驟�，F在這項研究已經證明，我們可以產生一種可以形成所有不同類型血細胞的細胞。它與主動脈內膜的細胞密切相關——因此我們知道它的起源是正確的——而且它會增殖。

研究人員對他們在用機械裝置模擬胚胎心臟狀況方面取得的成就持謹慎樂觀態度。他們希望這能成為解決當今限制再生醫學治療的挑戰的一步:供體造血干細胞短缺、供體組織細胞排斥，以及圍繞使用體外受精胚胎的倫理問題。

“用于移植的血液干細胞需要與患者具有相同組織類型的供體，”共同作者Robert Nordon教授說�！皬亩嗄芨杉毎�系中制造血液干細胞將解決這個問題，而不需要組織匹配的供體提供充足的供應來治療血癌或遺傳疾病�！�

Li博士補充說:“我們正在利用生物反應器擴大這些細胞的生產規模�！�

謎團解開了

同時，獨立于Li博士和Nordon教授工作。新南威爾士大學醫學與健康學院的John Pimanda教授和Vashe Chandrakanthan博士正在進行他們自己的研究，研究胚胎中如何產生血液干細胞。

在對小鼠的研究中，研究人員尋找哺乳動物天然利用血管內皮細胞制造血液干細胞的機制。

“我們已經知道，這一過程發生在哺乳動物胚胎中，在造血過程中，位于主動脈的內皮細胞轉變為血細胞，”Pimanda教授說�！暗�到目前為止，調控這一過程的細胞的身份一直是個謎�！�

他們的論文描述了他們是如何通過識別胚胎中可以將胚胎和成體內皮細胞轉化為血細胞的細胞來解決這個難題的。這些細胞被稱為“Mesp1衍生的PDGFRA+基質細胞”，位于主動脈下方，在胚胎發育期間只在非常狹窄的窗口內環繞主動脈。

Chandrakanthan博士說，知道這些細胞的身份為醫學研究人員提供了線索，了解成年哺乳動物內皮細胞是如何被觸發產生血液干細胞的——這是它們通常無法做到的。

“我們的研究表明，當胚胎或成人的內皮細胞與‘來源于Mesp1的PDGFRA+基質細胞’混合時，它們開始制造血液干細胞，”他說。

雖然在將其轉化為臨床實踐之前還需要進行更多的研究——包括確認在人類細胞中的結果——但這一發現可能為生成可移植造血細胞提供了一種潛在的新工具。

“使用自己的細胞產生血液干細胞可以消除對供者輸血或干細胞移植的需要。解開大自然使用的機制，讓我們離實現這一目標更近了一步，”Pimanda教授說。      

“Mimicry of embryonic circulation enhances the hoxa hemogenic niche and human blood development” by Jingjing Li, Osmond Lao, Freya F. Bruveris, Liyuan Wang, Kajal Chaudry, Ziqi Yang, Nona Farbehi, Elizabeth S. Ng, Edouard G. Stanley, Richard P. Harvey, Andrew G. Elefanty and Robert E. Nordon, 13 September 2022, Cell Reports.

“Mesoderm-derived PDGFRA⁺ cells regulate the emergence of hematopoietic stem cells in the dorsal aorta” by Vashe Chandrakanthan, Prunella Rorimpandey, Fabio Zanini, Diego Chacon, Jake Olivier, Swapna Joshi, Young Chan Kang, Kathy Knezevic, Yizhou Huang, Qiao Qiao, Rema A. Oliver, Ashwin Unnikrishnan, Daniel R. Carter, Brendan Lee, Chris Brownlee, Carl Power, Robert Brink, Simon Mendez-Ferrer, Grigori Enikolopov, William Walsh, Berthold G?ttgens, Samir Taoudi, Dominik Beck and John E. Pimanda, 28 July 2022, Nature Cell Biology.