Biomaterials：德国科学家研制出人造骨髓

在体外进行造血干细胞增殖受到多种因素的限制。在2014年1月份的《Biomaterials》杂志上发表的一项研究中，德国研究人员研制出一种生物功能的多孔凝结支架结构，这种多孔结构具有天然骨髓的基本特性，可用于实验室中干细胞的再生，这项技术可促进未来几年的白血病治疗。

　　

　　　利用当前的标准方法在体外进行造血干细胞（HSCs）增殖受到限制，通常这些细胞的临床应用不足。(造血干细胞更多新闻：miR-142-3p调控脊椎动物造血干细胞的形成和分化 )因为分化的快速出现，这些细胞在培养过程中很快失去了其多潜能性。相反，造血干细胞在其骨髓自然微环境中能够有效地进行自我更新。因此，设计人造骨髓类似物，是培养这些细胞的一种充满前景的生物材料方法。目前，来自德国卡尔斯鲁厄理工学院（Karlsruhe Institute of Technology，KIT）、马克思普朗克智能系统研究所（Max Planck Institute for Intelligent Systems）和蒂宾根大学（Tübingen University）的研究人员已经开发出一种直接的、易于操作的方法，用于生产生物功能的、大孔隙的水凝胶支架结构。这种多孔的结构具有天然骨髓的基本特性，可以用于实验室中干细胞的再生。这项技术，可以促进未来几年的白血病治疗。该研究成果发表在2014年1月份的《Biomaterials》杂志上。
　　　血细胞，如红细胞或免疫细胞，不断地被位于骨髓特定微环境中的造血干细胞提供的新细胞所取代。造血干细胞可用来治疗血液疾病，如白血病。白血病患者的受损细胞，被来自合格捐献者的健康造血干细胞所取代。
　　　然而，由于合格捐献者的数量不足，并不是每一位白血病患者都可以采取这种方式进行治疗。这个问题可以通过造血干细胞的再生得以解决。到目前为止，这几乎是不可能的，因为这些细胞只在自然环境中（也就是它们的骨髓微环境），才能保持它们的干细胞特性。在这个微环境之外，它们的特性就会被改变。因此，干细胞的再生需要一种类似于骨髓中干细胞微环境的环境。
　　　干细胞微环境是一种复杂的微环境，它具有特殊的性质。骨骼中的相关区域是高孔隙度的，类似于一块海绵。这种三维环境不仅能够容纳骨细胞和造血干细胞，也能容纳各种其它细胞类型，通过这些细胞，信号物质得以交换。此外，细胞之间的空间具有一个基质，这确保了一定的稳定性，为细胞提供了锚定点。在干细胞微环境中，这些细胞也能够获得营养和氧气。
　　　由Cornelia Lee-Thedieck博士带领的“Stem Cell–Material Interactions”年轻研究团队，由来自KIT功能接口研究所（Institute of Functional Interfaces，IFG）、马克思普朗克智能系统研究所和宾根大学的科学家组成。他们在实验室中，再生了天然骨髓的主要特性。借助于合成聚合物，科学家们模仿造血骨髓区域中的海绵样结构，构建了一种多孔结构。此外，为了细胞锚定，他们增加了类似于骨髓基质中蛋白构件的蛋白质块状物。科学家们还将来自干细胞微环境中的其它类型细胞插入到这个结构中，以确保物质的交换。
　　　然后，研究人员将从脐带血中分离的造血干细胞，引入这种人造骨髓中。随后的细胞繁殖花了几天的时间。各种方法的分析结果显示，在新开发的人造骨髓中，细胞确实发生了再生。与标准的细胞培养方法相比，在人造骨髓中，有更多的干细胞保留了其特殊性能。
　　　新开发的人造骨髓，具有天然骨髓的主要特性，科学家们可以利用它，在实验室内详细地研究材料和干细胞之间的相互作用。这将有助于我们了解“干细胞的行为如何受到合成材料的影响和控制”。这方面的知识，将为干细胞的特定再生和十到十五年的白血病治疗，产生一种人造的干细胞微环境。（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Biomimetic macroporous PEG hydrogels as 3D scaffolds for the multiplication of human hematopoietic stem and progenitor cells
Abstract: Multiplication of hematopoietic stem cells (HSCs) in vitro with current standard methods is limited and mostly insufficient for clinical applications of these cells. They quickly lose their multipotency in culture because of the fast onset of differentiation. In contrast, HSCs efficiently self-renew in their natural microenvironment (their niche) in the bone marrow. Therefore, engineering artificial bone marrow analogs is a promising biomaterial-based approach for culturing these cells. In the current study, a straight-forward, easy-to-use method for the production of biofunctionalized, macroporous hydrogel scaffolds that mimic the spongy architecture of trabecular bones was developed. As surrogates for cellular components of the niche, mesenchymal stem cells (MSCs) from different sources (bone marrow and umbilical cord) and osteoblast-like cells were tested. MSCs from bone marrow had the strongest pro-proliferative effect on freshly isolated human hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) from umbilical cord blood. Co-culture in the pores of the three-dimensional hydrogel scaffold showed that the positive effect of MSCs on preservation of HSPC stemness was more pronounced in 3D than in standard 2D cell culture systems. Thus, the presented biomimetic scaffolds revealed to meet the basic requirements for creating artificial HSC niches.