一种拟生态造血干细胞龛对造血干/祖细胞的维持和扩增研究

摘要

背景与目的：成年人的造血发生于骨髓，它为造血干细胞的生长提供了由基质细胞和细胞外基质构成的三维微环境，即造血干细胞龛。造血干细胞龛的三维结构利于细胞与细胞、细胞与基质间的交流。造血干细胞龛对造血干细胞的调控正是通过造血干细胞与微环境的这些信号传递，使细胞表现出相应的生物学行为。此外，越来越多的研究证实骨髓基质细胞中的成骨细胞除了成骨的作用外，其还是造血干细胞龛的重要组成部分，对造血干细胞的维持、增殖、成熟起了重要的作用。体内研究已经证实成骨细胞参与构成的造血干细胞龛的空间容量，控制干细胞数量。造血干细胞的体外培养是研究造血干细胞或扩增造血干细胞的技术手段，但需要解决的重要问题就是对体外培养细胞的干细胞特性的维持。基于骨髓组织结构与功能的关系、成骨细胞与造血干细胞间密切的联系，我们以天然生物衍生骨复合人骨髓间充质干细胞并向成骨细胞诱导，增加造血干细胞龛的容量，构建了一个模拟骨髓造血干细胞龛的三维(3D)拟生态造血干细胞培养体系。我们利用这种3D培养体系培养脐带血造血干/祖细胞，了解该培养体系对造血干/祖细胞的维持与扩增效应。 方法：以生物衍生骨为细胞支架，复合人骨髓间充质干细胞并向成骨细胞诱导，构建模拟造血干细胞龛的三维造血细胞培养体系。脐带血CD34+细胞或单个核细胞(MNC)，在无外源细胞因子培养条件下于3D或传统的二维(2D)基质细胞共培养体系中培养2～5周。培养后的造血细胞做流式细胞表型和克隆形成单位(CFU)、长期培养起始细胞(LTC-IC)分析，以及两种培养体系中支持细胞细胞外基质(ECM)的分泌量，及神经钙粘素(N-cadherin)表达水平进行分析。 结果：研究发现，3D体系中成骨细胞比2D体系的基质细胞能分泌更多的细胞外基质。向成骨细胞诱导后的间充质干细胞比没有诱导的表达N-cadherin水平更高。CD34+细胞在3D体系培养2周后CD34+细胞和CD34+/CD38-细胞均较培养前有增加(P<0.05)，且以CD34+/CD38-细胞增加为主，第5周CD34+细胞有下降，但CD34+/CD38-细胞仍能维持较高水平。MNC在3D体系培养后CD34+/CD38-细胞比例也有增加(P<0.05)，说明培养过程中具有CD38表型的细胞比例在下降。我们采用(CFU)和长期培养起始细胞(LTC-IC)检测对培养后的细胞做了功能检测。3D体系培养2周后CFU增加的倍数比2D高(7.13～8.89 vs．1.22～1.31)。值得一提的是，3D体系培养后细胞的克隆中，BFU-E和CFU-GEMM比例增高，而2D体系获得的克隆以CFU-GM为主。LTC-IC代表了更早期的祖细胞，3D体系培养2周后扩增了6.2倍，并且在培养5周后也能维持早期造血祖细胞水平，而传统的2D培养体系不能在长期培养中维持早期造血祖细胞。 结论：以生物衍生骨为支架复合骨髓间充质干细胞向成骨诱导构建的拟生态造血干细胞龛在体外培养模式中扩大了造血干细胞龛的空间容量，并为细胞提供了一个3D的空间结构，成骨细胞能分泌更多维持干细胞特性的信号分子，具有维持和扩增造血干/祖细胞的功能。这也许能为体外研究或扩增造血干/祖细胞提供一个新的研究平台。

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材料与方法

结果

讨论

结论和未来的方向

本研究的创新性和科学性

参考文献

综述 造血细胞三维培养体系的研究

致谢