新生物工程技术：T细胞工厂

　　

骨髓移植，也称造血干细胞移植，是对白血病和多发性骨髓瘤等侵袭性疾病以及艾滋病等感染的救命治疗方法。该手术需要将匹配供体的干细胞输注到患者体内，以“重置”血液和免疫系统。

免疫细胞来自骨髓中的血干细胞。为了治疗疾病，并防止病人自身排斥移植细胞，病人需要接受包括化疗和放疗在内的强化治疗。然而，移植成功后的维持方案也可能显著损害骨髓中正常细胞的功能，进而损害了它们再生免疫系统的能力，包括形成能力低下的T细胞，并导致移植后长期严重的免疫缺陷，增加获得传染病和免疫并发症（移植物抗宿主病）的机会。

哈佛大学的工程师和干细胞生物学家开发了一种可注射的海绵状凝胶，可增强骨髓移植后的T细胞生成，增加了免疫系统关键成分的数量的多样性。这种生物工程装置可以在移植的同时在皮肤下注射，帮助骨髓移植后的免疫系统恢复。

这项研究发表在Nature Biotechnology。

“T细胞缺乏和功能障碍是一个威胁生命的挑战，尤其在移植环境中，”哈佛干细胞研究所的David Scadden教授说道。“我们的研究证明了一种简单易用、现成的溶液可以增强干细胞移植后T细胞的再生。”

“我们已经证明，在人体内建立细胞工厂的想法也可以用于干细胞再生医学，”哈佛大学的生物工程教授David Mooney说。

先前关于骨髓移植后恢复免疫系统的研究主要集中在改善胸腺功能上。胸腺是T细胞产生所必需的器官。Mooney和Scadden团队专注于骨髓，这里是血液干细胞的家园。他们设计了一种方法来扩大迁移到胸腺的细胞，最终帮助来自骨髓的普通淋巴祖细胞产生新T细胞。

“我们的目标是通过创造一个骨髓样的环境来提高这些细胞的产量，它们就像生产T细胞的铸造厂的初级产品，”Scadden说。

利用Mooney实验室在生物材料方面开发的创新性产品为细胞提供指导性线索，研究人员设计了一个海绵状的细胞工厂，有大的孔允许细胞进出。海绵内置两种蛋白，一种吸收外部细胞，另一种生产T细胞祖细胞。前者名叫骨形态发生蛋白2（bone morphogenetic protein 2），它招募局部细胞并鼓励它们成为骨细胞。一旦海绵初具血管化的骨髓形态，第二种蛋白质就会促使装置中的血液干细胞产生T细胞祖细胞。

研究人员在接受了造血干细胞移植的小鼠身上测试了该装置，发现使用海绵支架的小鼠比没有支架的小鼠生成T细胞更快。

“这种操作不仅提高了移植后T细胞的形成速度，还增加了T细胞的形成类型，”文章一作，现在加州大学圣地亚哥分校任职的Nisarg Shah博士说。“因此，我们不仅提高了T细胞的数量，还潜在地提高了病原体识别能力和保护广度。”

植入支架的小鼠的移植物抗宿主病（供体细胞攻击患者健康组织和器官）的发生率显著降低。

（注射三周后）

“这里的前景令人兴奋，”明尼苏达大学血液和骨髓移植科儿科教授、没有参加本研究的Bruce Blazar说。“造血干细胞移植的一个主要局限性是受体不能快速再生T细胞，从而对外来抗原产生免疫反应，Shah、Mooney和Scadden博士使用基于生物材料的晶胶支架，通过提供可植入的3D系统和关键配体来招募支持细胞并诱导T细胞系命运和分化，从而提高小鼠或人类细胞移植后T细胞的恢复率，为解决这一障碍提供了一条途径。”

接下来，研究人员的目标是扩大研究范围，使其适用于临床环境。“最终目标是使其成为一种医生可以开的处方和医疗用品。”

麻省理工学院的化学工程教授Robert Langer虽然未参与研究，但其评价道：这是一个非常好的项目，作者开发了一款新型凝胶，非常易于管理，同时有能力提高造血干细胞移植后的T细胞再生能力，我希望通过进一步工作，看到它成为一种对患者有用的治疗方法。

原文检索：An injectable bone marrow–like scaffold enhances T cell immunity after hematopoietic stem cell transplantation

（生物通：伍松）