单细胞封装技术帮助移植干细胞坚守岗位

微凝胶封包方法为更有效的细胞治疗铺平道路

【字体: 时间:2019年07月18日 来源:生物通

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  造血干细胞骨髓移植已经成为许多疾病的标准治疗方法,例如血液和淋巴系统癌症、镰状细胞贫血、遗传性代谢紊乱和辐射损伤。但是,许多骨髓移植都会受到患者免疫系统的排斥,甚至导致移植物抗宿主病(graft-versus-host disease)而以失败告终。

  

 

造血干细胞骨髓移植已经成为许多疾病的标准治疗方法,例如血液和淋巴系统癌症、镰状细胞贫血、遗传性代谢紊乱和辐射损伤。但是,许多骨髓移植都会受到患者免疫系统的排斥,甚至导致移植物抗宿主病(graft-versus-host disease)而以失败告终。

间充质基质细胞(MSCs)可以分泌调节免疫系统的化合物,在动物试验中可以缓解骨髓移植排斥问题。但是,人类患者的临床结果却令人失望。

来自Wyss生物启发工程研究所、哈佛大学工程与应用科学学院和哈佛干细胞倡议的研究人员展示了一种新技术,能阻止MSCs被体内细胞清除和攻击,改善小鼠骨髓移植成功率。这项工作发表在PNAS上。

“据我们所知,这是第一例通过单细胞封装改善细胞疗法的例子,”文章第一作者Angelo Mao博士说。“而且我们的胶囊细胞可被冷冻和解冻,这些基本不影响细胞性能。”

该方法使用微流控装置在单细胞上覆盖一层薄薄的海藻酸盐水凝胶,封装效率为90%,与其他方法产生的大体积水凝胶不同,这些微凝胶可以通过静脉注射输送。当注射入小鼠体内后,这种封装的MSCs在动物肺部的存活时间是“裸露MSCs”的10倍,续存时间长达3天。

研究人员还通过添加另一种海藻酸盐交联的化合物来改良最初版本的海藻酸盐凝胶,使凝胶更坚固,能够更好地抵抗身体免疫系统和清除机制。新凝胶注射到小鼠体内后,它们的持久性比最初版本的微凝胶增加了5倍,比裸露的MSCs增加了一个数量级。

为了模仿多次注射干细胞的人类患者,研究人员用含有胎牛血清的培养基(被体内识别为外源物)孵育包埋细胞,再将它们注入小鼠体内。这种MSCs的清除率高于未经免疫激活的细胞,但仍比裸露的MSCs低五倍,当把这些微凝胶注射入对MSCs有免疫记忆反应的小鼠体内后,其表现也优于裸露的干细胞。

研究小组将MSCs封包微凝胶与移植骨髓(其中一半与受体小鼠免疫相容,另一半免疫不匹配)一起注射到小鼠体内。与未接受MSCs的小鼠相比,接受了封包MSCs的小鼠在9天后其骨髓和血液中同种异源骨髓细胞比例增加了一倍以上。与裸MSCs相比,封包的MSCs让同种异源细胞更大程度地植入了受体骨髓。

“这项研究的优点是它使用了一种完全非遗传的方法显著提高了移植环境下的细胞存活率,”Mooney说。“这项技术很好地补充了基因工程方法,事实上,它比直接修改免疫细胞本身更有效率。”

他们希望在不久的将来可以证明该方法的临床可行性。“这项技术同时解决了骨髓移植和干细胞治疗的多重问题,采用了一种简洁的、基于生物材料的方法,”Wyss 创会理事Donald Ingber说。“我们很高兴支持这个项目,并期待微胶囊的其他潜在应用以解决药物和细胞的呈递问题。”

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原文检索:Programmable microencapsulation for enhanced mesenchymal stem cell persistence and immunomodulation

(生物通:伍松)

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