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Cell:干細胞與干細胞巢的互作

日期:2015-01-19 08:58:43

 科學家們利用透明的斑馬魚和先進的成像技術,首次直接觀察了造血干細胞在體內扎根的過程,這項研究發表在本周的Cell雜志上。波士頓兒童醫院的研究人員在這篇文章中描述了一個驚人的動態系統,有助于改善癌癥、嚴重免疫缺陷和血液疾病患者的骨髓移植

 

“我們的成像研究揭示了一系列可以成為靶標的步驟,理論上我們可以開發藥物影響其中的任何一步。”文章的資深作者Leonard Zon說。

 

“迄今為止,干細胞和骨髓移植還是比較神秘的過程。我們將細胞引入患者體內,然后檢測到血液系統的恢復,但我們并不清楚這其中究竟發生了什么,”文章的共同第一作者Owen Tamplin博士說。“現在我們可以真正看到這一過程中的各個階段。”

 

血液系統的起源

 

已知造血干細胞來自于主動脈中的細胞,這些干細胞在機體中循環,直到找到干細胞巢(nich)為造血做好準備。研究人員在透明的斑馬魚胚胎中將造血干細胞標記為綠色,然后通過延時成像揭示了干細胞巢的形成過程。

 

新生的造血干細胞到達干細胞巢(斑馬魚尾部)之后,就會粘附到血管壁上。化學信號幫助它們穿過血管壁,到達血管外的特定位置。“在那里有許多細胞開始和造血干細胞互作,”Zon說。

 

附近的血管內皮細胞將造血干細胞包裹起來,“這是讓干細胞在‘巢穴’中感到快樂的第一步,就像是母親擁抱。”這時造血干細胞接觸到附近的基質細胞或滋養細胞,這些細胞能幫助干細胞保持粘附。干細胞緊緊抓住滋養細胞,就像嬰兒粘上自己的母親。

 

研究人員通過一系列共聚焦顯微鏡和電鏡圖片,在斑馬魚中重現了這一過程,構建了干細胞、內皮細胞和基質細胞組成的完整3D結構。“這是首次在高分辨率水平上,對干細胞與干細胞巢的互作進行活體成像,”Zon說。

 

最后,簇擁在一起的干細胞開始分裂。它們會一個個離開干細胞巢,到達最終的造血位點(斑馬魚的腎臟)。研究人員在小鼠中進行了類似的成像研究,發現哺乳動物的造血干細胞也經歷了差不多的過程。在人類中,造血干細胞的最終居所是骨髓。

 

Zon等人希望在此基礎上改善骨髓移植。他們在大量斑馬魚胚胎中進行了化學篩選,發現石蒜堿(lycorine)能促進造血干細胞與干細胞巢的互作,生成更多的造血干細胞。

 


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