新南威尔士大学悉尼分校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供体的需求。
这些成就是再生医学朝着使用“诱导多能干细胞”治疗疾病迈进的一部分，其中干细胞是从成人组织细胞逆向工程的，而不是使用活的人类或动物胚胎。
但是，虽然我们自2006年以来就已经了解诱导多能干细胞，但科学家们仍然有很多需要了解如何在实验室中人工安全地模拟人体内的细胞分化，以提供有针对性的医学治疗。
新南威尔士大学在这一领域的研究人员进行了两项研究，这些研究不仅揭示了造血干细胞前体是如何在动物和人类中发生的，而且还揭示了它们是如何被人工诱导的。
在今天发表在《细胞报告》上的一项研究中，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设备模拟胚胎的跳动心脏，从而导致人类血液干细胞“前体”的发展，这些前体是体内的干细胞。成为造血干细胞的边缘。
在7月发表在《自然细胞生物学》上的一篇文章中，来自UNSWMedicine&Health的研究人员揭示了小鼠胚胎中负责造血干细胞的细胞的身份。
这两项研究都是朝着了解如何、何时、何地以及哪些细胞参与造血干细胞产生的重要一步。未来，这些知识可用于帮助接受高剂量放疗和化疗的癌症患者补充他们耗尽的造血干细胞。
模仿心脏
在CellReports中详述的研究中，主要作者李晶晶博士和其他研究人员描述了3cmx3cm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跳动心脏和血液循环条件。
她说，在过去的几十年里，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，我们仍然不完全了解胚胎发育过程中微环境中发生的所有过程，这些过程导致在胚胎发育的第32天左右产生造血干细胞，”李博士说。
“因此，我们制作了一个模拟心脏跳动和血液循环的设备，以及一个轨道振动系统，当血细胞通过设备或在盘子中移动时，它会产生剪切应力或摩擦。”
这些系统促进了前体造血干细胞的发展，前体造血干细胞可以分化成各种血液成分——白细胞、红细胞、血小板等。他们很高兴看到在设备中复制了同样的过程(称为造血)。
该研究的合著者罗伯特·诺登副教授说，他惊讶地发现，该设备不仅创造了继续产生分化血细胞的造血干细胞前体，而且还创造了对这一过程至关重要的胚胎心脏环境的组织细胞。.
“令我惊讶的是，造血干细胞在胚胎中形成时，会在称为主动脉的主血管壁中形成。它们基本上会从主动脉中弹出并进入循环系统，然后进入肝脏并形成所谓的确定性造血或确定性血液形成。
“形成主动脉，然后细胞实际上从该主动脉进入循环，这是产生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。我们还证明它与主动脉内壁细胞密切相关——所以我们知道它的起源是正确的——并且它会激增，”A/Prof.诺顿说。
研究人员对他们在使用机械设备模拟胚胎心脏状况方面取得的成就持谨慎乐观的态度。他们希望这可能是朝着解决当今限制再生医学治疗的挑战迈出的一步：供体血液干细胞短缺、供体组织细胞的排斥以及与使用IVF胚胎有关的伦理问题。
“用于移植的造血干细胞需要与患者组织类型相同的供体，”A/Prof.诺顿说。
“从多能干细胞系制造血液干细胞将解决这个问题，而无需组织匹配的供体提供充足的供应来治疗血癌或遗传疾病。”
李博士补充说：“我们正在使用生物反应器扩大这些细胞的制造规模。”
谜团已揭开
同时，独立于李博士和A/Prof.新南威尔士大学医学与健康中心的诺登教授约翰·皮曼达和瓦什·钱德拉坎坦博士正在对胚胎中的血液干细胞是如何产生的进行自己的研究。
在对小鼠的研究中，研究人员寻找哺乳动物天然使用的机制，以从血管内皮细胞(称为内皮细胞)中制造造血干细胞。
“众所周知，这个过程发生在哺乳动物胚胎中，其中主动脉内皮细胞在造血过程中变成血细胞，”皮曼达教授说。“但到目前为止，调节这一过程的细胞的身份一直是个谜。”
在他们的论文中，Pimanda教授和Chandrakanthan博士描述了他们如何通过识别胚胎中可以将胚胎和成人内皮细胞转化为血细胞的细胞来解决这个难题。这些细胞——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在一个非常狭窄的窗口中围绕主动脉。
Chandrakanthan博士说，了解这些细胞的身份为医学研究人员提供了有关如何触发哺乳动物成人内皮细胞产生造血干细胞的线索——这是他们通常无法做到的。
“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，它们开始制造血液干细胞，”他说。
虽然在将其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——但这一发现可以提供一种潜在的新工具来产生可移植的造血细胞。
“使用你自己的细胞产生造血干细胞可以消除对供体输血或干细胞移植的需要。大自然使用的解锁机制使我们离实现这一目标更近了一步，”皮曼达教授说。