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PNAS:突破!利用工程化的仿生骨组织或有望治疗人类多种骨髓疾病

2017年5月12日 讯 --近日,一项刊登在国际杂志PNAS上的研究报告中,来自加利福尼亚大学的研究人员通过研究开发出了一种新型的仿生骨组织,未来有望为需要移植的患者提供新的骨髓组织。骨髓移植通常用来治疗骨髓疾病的患者,在移植前,患者首先需要接受一定剂量的辐射,有时候还要联合用药,从而来杀死患者骨髓中存在的任何干细胞。对患者进行预处理意味着能够通过清理患者骨髓的空间来改善移植的成功率,从而就能够帮助供体细胞更好的生存以及生长,而且也不会同患者自身的细胞进行竞争,但这种疗法通常会带来有害的副作用,比如恶心、疲惫、不育等。

图片摘自:Varghese lab, UC San Diego

为了解决上述问题,研究人员开发出了一种新型的骨质样植入物,其能为供体细胞提供一定的空间,在不与宿主细胞产生竞争的情况下来帮其生存和生长,从而研究人员就不用对宿主机体先前的细胞进行清除了。研究者Varghese说道,我们还制造出了一种附骨组织来适应供体的细胞,以这种方式我们就能够保持宿主细胞能够绕过辐射而免于损伤。

这种新型的携带功能性骨髓的骨组织被填入了供体细胞,而且被植入到了小鼠的皮下组织中,这样供体细胞就能够生存至少6个月,而且也能够为小鼠提供新的血细胞来源,研究者认为,未来这项研究或有望改善他们对骨髓疾病患者的治疗。这些移植物或许在非恶性的骨髓疾病患者中使用较为有限,因为这些患者机体中没有任何需要清除的癌变细胞。研究者表示,这些移植物能够模拟机体的长骨结构,包括外骨室和内骨髓室,而且这些移植物由多孔的水凝胶基质组成,外部基质中包含有磷酸钙矿物质,生长在矿化基质表面的移植物能够分化成为骨骼细胞,而内部基质则能够容纳产生血细胞的干细胞。

当植入到小鼠皮下组织后,这些结构就能够成熟形成拥有功能血管网络以及能够持续供应血细胞的骨髓的骨组织;四周后研究人员发现,移植的骨髓中含有宿主和供体血细胞的混合物,甚至是在24小时后这些小鼠的血液中依然循环着这些混合物。相关研究表明,所移植的骨髓具有功能性,而且供体细胞能够在宿主细胞存在的情况下长期生长。

在另一项实验中,研究从移植的骨髓中提取了干细胞,并且将其植入到第二组小鼠中,这组小鼠机体中拥有被辐射和药物所破坏的骨髓干细胞,他们发现,所移植的细胞能够扩散到小鼠的血液中,而且来自工程化骨组织的骨髓细胞的功能也类似于原始的骨组织。最后研究者Varghese说道,目前他们计划开发一种新型平台来产生更多骨髓干细胞,这或许对于后期临床中进行细胞移植具有重要的意义。

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参阅文献:

Yu-Ru Shih, Heemin Kang, Vikram Rao, et al. In vivo engineering of bone tissues with hematopoietic functions and mixed chimerism. PNAS (2017) doi: 10.1073/pnas.1702576114

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