骨髓移植又称造血干细胞移植，是治疗侵袭性疾病(如白血病、多发性骨髓瘤)和感染(如艾滋病病毒感染)的救命方法。这一过程需要将匹配捐赠者的造血干细胞注入患者体内，从而“重置”血液和免疫系统。
免疫细胞由存在于骨髓中的造血干细胞分化而来。为了治疗这些疾病并防止患者身体对移植细胞的免疫排斥，患者需要接受包括化疗和放疗在内的强化调理。然而，这种预处理方案也显著破坏了骨髓中正常细胞的功能，从而破坏了它们再生免疫系统的能力，包括产生T细胞的能力降低，导致长期移植后免疫缺陷，并增加了机会性传染病和免疫并发症(如移植物抗宿主病)的风险。
现在，在一项新的研究中，来自美国哈佛大学的研究人员开发了一种可注射的海绵凝胶，可以增强骨髓移植后T细胞的产生，从而增加免疫系统中这些关键成分的数量和多样性。这种生物工程支架(海绵凝胶)可以在骨髓移植的同时注射到皮下，有助于移植后免疫系统的恢复。相关研究成果于2019年2月11日在线发表在《自然生物技术》杂志上。论文题目是“一种可注射的类骨髓支架增强造血干细胞移植后的t细胞免疫”。
论文合著者、哈佛大学干细胞研究所联合主任大卫斯卡登(David Scadden)教授说，“T细胞群体的短缺和功能障碍是一个威胁生命的挑战，尤其是在移植的情况下。我们的研究证实，一种简单易用的现成解决方案可以增强干细胞移植后的T细胞再生。”
论文合著者、哈佛大学工程与应用科学学院生物工程教授大卫穆尼(David Mooney)表示，“我们证实了在体内建立细胞工厂的想法可以用于再生医学的干细胞环境。”
以前关于骨髓移植后重新激活免疫系统的研究主要集中在改善胸腺的功能，胸腺是T细胞产生所必需的器官。穆尼、斯卡登和他们的团队专注于骨髓——造血干细胞的家园——并设计了一种方法来增殖迁移到胸腺的细胞，并最终在那里产生新的T细胞。这些细胞被称为普通淋巴祖细胞，在骨髓中产生。
斯卡登说，“我们的目标是通过建立一个像骨髓一样的小环境来增强这些细胞的产生。这些细胞就像是制造T细胞的代工厂的入门产品。”
这些研究人员利用穆尼实验室在开发生物材料方面的开创性研究成果，为细胞导向提供线索，设计了一种具有大孔的海绵凝胶，允许细胞进出。这种凝胶有两种内置蛋白质：第一种蛋白质招募外部细胞，第二种蛋白质促进T细胞祖细胞的产生。第一种蛋白质被称为骨形态发生蛋白2(BMP2)，它招募局部细胞并促进它们成为骨细胞。一旦这种凝胶类似于血管化的骨髓，第二种蛋白质就会促进生活在这种生物工程支架中的造血干细胞产生T细胞祖细胞。
当这些研究人员在接受造血干细胞移植的小鼠中测试这种生物工程支架时，他们发现接受这种注射的小鼠比没有接受这种支架注射的小鼠产生T细胞的速度更快。
论文第一作者、哈佛大学工程与应用科学学院前博士后研究员尼萨尔格沙阿(Nisarg Shah)表示，“我们还发现，我们不仅提高了造血干细胞移植后这些T细胞的形成速度，还增加了形成的T细胞类型的多样性。因此，我们不仅在提高T细胞的数量，还可能提高病原体识别和保护的广度。”
这些研究人员还发现，移植物抗宿主病(GVHD)的发病率在植入这种生物工程支架的小鼠中显著降低，在这种支架中，供体细胞攻击患者的健康组织和器官。
明尼苏达大学血液和骨髓移植系的儿科学教授布鲁斯布拉扎尔(Bruce Blazar)说，“这项研究的前景令人兴奋。造血干细胞移植的主要限制之一是受者不能快速产生T细胞来启动针对外来抗原的免疫反应。通过使用基于生物材料的冷冻凝胶支架，Shah，Mooney和Scadden提供了解决这一障碍的方法：提供可移植的三维系统和关键配体，用于招募支持细胞和诱导T细胞谱系的命运和分化，从而提高小鼠或人类细胞植入后的T细胞恢复。”
接下来，这些研究人员的目标是扩大这项研究的规模，并使其适用于临床环境。斯卡登说，“最终目标是将这种海绵凝胶变成医生可以开处方和使用的产品。”
麻省理工学院(MIT)化学工程教授罗伯特兰格(Robert Langer)表示，“这是一项非常好的研究。在这项研究中，这些作者开发了一种易于使用的新型凝胶。同时具有增强造血干细胞移植后T细胞再生的能力。我希望通过进一步的研究，这可能成为对患者有用的治疗方法。”
参考文献：Nisarg J. Shah等，一种可注射的骨髓样支架增强造血干细胞移植后的t细胞免疫。自然生物技术，2019，doi: 10.1038/S41587-019-0017-2。
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