在小鼠身上多路复用人类干细胞研究

生物材料研究最近发表了一篇文章，报告了在一只老鼠身上验证多个基因工程的人性化微环境。

免疫缺陷小鼠可以接受人类细胞/组织进行长期研究而不排斥它们。这个动物模型系统打开了一扇门，在一个活系统的背景下研究人类干细胞和癌细胞生物学，提供人类生物学的基础知识，并测试真实人体组织的假设，用于临床翻译。

例如，病人来源的癌细胞可以移植到老鼠体内，在临床试验前研究病人的特定药物反应。然而，将人类细胞移植到小鼠受体中可能不足以保证相关的人类功能——新出现的证据表明，缺乏人类来源的支持细胞和局部因素对免疫缺陷小鼠的人类干细胞和癌细胞的生长和功能产生负面影响。

我们做了什么?

作为来自马萨诸塞大学阿默斯特分校(University of Massachusetts- amherst)和马萨诸塞总医院波士顿分校(Massachusetts General Hospital-Boston)的一组研究人员(Biju Parekkadan博士)的一部分，我们开发了一种新的生物工程策略，以改进人性化小鼠模型和使用可植入生物材料进行体内研究的吞吐量。

通过基因工程技术，在同一只小鼠体内建立了独特的人类微环境，该微环境局部含有过度表达特定人类可溶性因子的人类基质支持细胞。我和我的同事描述了生物材料研究的方法。

以前的方法通过基因工程技术在小鼠体内表达人类细胞因子和生长因子，尽管这些方法使整个小鼠暴露于特定的因子，并且可能产生偏离目标的影响，从而混淆了对局部组织分析的解释。本文介绍了一种新的方法，通过将基因工程基质细胞整合到可植入的生物材料中，在局部和可控的方式下实现所需人类细胞因子的持续释放。

我们首先创造了人的SDF1，人的VEGF和人的TNFa分泌基质细胞系。这些工程细胞系被植入3D微晶水凝胶支架中。该生物材料诱导了带血管蒂的组织腔室，促进了工程基质细胞的存活和功能。

研究表明，控制局部和全身水平的人类细胞因子与遗传工程基质细胞的增殖有关。然后将该模型系统应用于人造血干细胞的生物学研究。

我们发现了什么?

在这项概念验证的研究中，我们应用人性化的可植入微环境来验证在体内每个局部环境中定义的基本干细胞功能。尾静脉注射的人CD34造血细胞被积极招募到分泌SDF1和VEGF的微环境中，捕获了干细胞归巢和移植的一个重要方面。

在另一组实验中，微环境在植入前预先植入人造血干细胞作为研究人类干细胞分化的模型系统。在体内生长三周后，移植细胞支架并检测造血干细胞和祖细胞含量。

有趣的是，该研究显示，在同一只小鼠中，在每个独特的微环境中，人CD34造血干细胞在体内的分化都是倾斜的，这反映了已知的特定因子对干细胞分化的影响。

这种利用基因工程细胞和支架的生物工程方法是通用的，并且很容易应用于其他人类分子。我们设想，将人类组织工程的进展应用于小鼠模型，可以使临床研究能够对人类干细胞和癌细胞进行更相关的微环境分析，并加快发现的速度。