造血幹細胞分化圖，圖片來自A. Rad/Wikipedia。

在一項新的研究中，來自美國波士頓兒童醫院等研究機構的研究人員首次在實驗室中利用能夠產生體內幾乎任何一種細胞類型的多能性幹細胞製造出人造血幹細胞。這一進展為研究血液疾病的根本原因和利用病人自己的細胞產生用於治療目的的免疫匹配性血細胞開闢新的途徑。相關研究結果於2017年5月17日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Haematopoietic stem and progenitor cells from human pluripotent stem cells」。

論文通信作者、波士頓兒童醫院幹細胞移植項目主任George Daley博士說，「我們非常接近於在培養皿中產生真正的人造血幹細胞。這項研究是20多年努力的結果。」

儘管利用這些多能性幹細胞製造出的細胞是真正的造血幹細胞和其他的細胞（即造血祖細胞）的混合物，但是當移植到小鼠體內時，它們能夠產生多種類型的人血細胞。

論文第一作者、Daley實驗室博士後研究員Ryohichi Sugimura博士說，「這一方法為獲取血液遺傳病患者的細胞、利用基因編輯校正他們的基因缺陷和產生功能性的血細胞提供機會。這也讓我們有潛力通過獲取來自萬能供血者的細胞無限制地供應造血幹細胞和血液。對需要輸血的患者而言，這可能潛在地提高血液供應。」

將兩種方法結合在一起取得突破

鑒於人胚胎幹細胞（ES細胞）是在1998年被分離出的，科學家們一直嘗試著利用它們製造出造血幹細胞，但是很少取得成功。在2007年，三個研究團隊（包括Daley實驗室）首次通過基因重編程將人皮膚細胞轉化為人誘導性多能幹細胞（iPS細胞）。人iPS細胞隨後被用來產生多種人細胞類型，如神經元和心臟細胞，但是迄今為止它們仍然不能夠產生造血幹細胞。

Sugimura、Daley和同事們將兩種之前的方法結合在一起。首先，他們讓人多能性幹細胞（ES細胞和iPS細胞）接觸化學信號，這些化學信號指導幹細胞分化為在正常的胚胎髮育期間產生的特化細胞和組織。這種接觸讓人多能性幹細胞產生生血內皮（hemogenic endothelium），即一種早期的胚胎組織，該組織最終產生造血幹細胞，然而在此之前，人們從沒有在培養皿中做到這一點。

接下來，Daley團隊加入基因調節因子（即轉錄因子），促進生血內皮進入造血狀態。他們鑒定出26種轉錄因子為潛在的候選物，經過一番篩選，他們最終縮小到僅5種轉錄因子（RUNX1、ERG、LCOR、HOXA5和HOXA9），它們不僅是產生造血幹細胞所需的，而且足以讓生血內皮產生造血幹細胞。正如在一些基因療法中所使用的那樣，他們利用一種慢病毒將這5種轉錄因子轉運到人生血內皮細胞中。

最終，他們將這些經過基因改造的生血內皮細胞移植到小鼠體內。幾周之後，一小部分小鼠在它們的骨髓和血液循環中攜帶著多種類型的人血細胞，包括紅細胞前體細胞、髓系細胞（是單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、血小板和其他細胞的前體細胞）、T細胞和B細胞。一些小鼠在接種疫苗後能夠發起人免疫反應。

當採用這種方法時，ES細胞和iPS細胞都同樣很好地產生造血幹細胞。但是Daley團隊對iPS細胞最為感興趣，這是因為能夠直接獲得來自患者的細胞，構建疾病模型。

Daley說，「我們如今能夠在所謂的『人源化』小鼠體內構建人血液功能模型。這是我們能夠研究血液遺傳疾病邁出的重大一步。」

造血幹細胞是什麼？

Daley團隊的方法利用人多能性幹細胞產生造血幹細胞和所謂的造血祖細胞的混合物。他們最終的目標是實用地和安全地擴大我們製造真正的造血幹細胞的能力，同時無需利用病毒轉運這些轉錄因子，以及在產生血細胞之前，利用CRISPR等基因編輯技術校正多能性幹細胞中的基因缺陷。

製造真正的人造血幹細胞所面臨的一大挑戰是沒有人能夠充分地描述這些細胞的特徵。

Sugimura說，「經證實，『觀察到』這些細胞是充滿挑戰的。你能夠基於造血幹細胞的表面標誌物粗略地描述它們，但是即便如此，這不可能是真正的造血幹細胞。而且一旦它開始分化和產生血細胞，那麼你就不能夠返回去研究它，畢竟它已經發生分化了。更好地描述人造血幹細胞和更好地理解它們如何發育將會為我們製造出真正的人造血幹細胞提供線索。」

來源：生物谷

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