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造血干细胞作为最原始的造血干细胞,是临床应用和基础研究的优良材料之一,它是当前应用于细胞疗法最多的一类细胞,当把它注射到患有白血病、再生障碍性贫血、重症免疫缺陷症、地中海贫血、急性放射病、恶性实体瘤或者淋巴瘤等造血及免疫系统功能障碍性疾病的患者体内,它能够发挥功能,重建患者体内的造血系统和免疫系统,从而达到治疗的目的,它是当前治疗恶性血液疾病和免疫疾病的最佳手段。但是在实际应用中,造血干细胞的分离方法复杂,含量很稀少,而且来源于体内的造血干细胞在体外增殖能力有限,因此利用胚胎干细胞分化为造血干细胞,可以获得大量长期增殖的多潜能的造血干细胞,从而解决临床应用和基础研究中造血干细胞材料不足的难题。
目前国际上常用的诱导方法有两种:一是采用OP9基质细胞与胚胎于细胞共培养;二是将胚胎干细胞先分化为拟胚体,然后添加一些外源细胞因子的组合,如BMP-4、VEGF、IL-3、IL-6、G-CSF、M-CSF、EPO等等,来诱导胚胎干细胞向造血干细胞。虽然这两种方法在诱导胚胎干细胞向造血干细胞分化取得了很大的成效,但是仍然存在着一些难以克服的局限性:①OP9基质细胞来自于M-CSF基因缺陷的小鼠,所以难以得到人的“OP9”细胞,另一方面,为了安全性着想,研究人胚胎干细胞向造血干细胞分化时,不应当使用小鼠来源的OP9基质细胞与之共培养。所以但是长远看来,ES/OP9共培养诱导体系有着其难以克服的局限性。②使用多种细胞因子混合作用,可以明确的显示各种细胞因子的作用,但是它们分离复杂,导致价格昂贵,在研究中尚可以接受,临床上使用时会增加病人的负担,不能大量推广。
本实验在阅读大量文献基础上,发现成骨细胞是造血微环境中的重要成员,它不仅可以分泌刺激造血的因子,如G-CSF、M-CSF、LIF、IL-1、IL-6,等等,而且还易于分离培养,可以方便地获得人成骨细胞,从而解决了异种污染人细胞的危险。推理成骨细胞与胚胎干细胞共培养是一种理想的诱导方法。试验中将小鼠成骨细胞系MC3T3-E1与小鼠胚胎干细胞共培养,没有添加任何细胞因子,利用成骨细胞分泌的因子,以及细胞与细胞间的相互作用,来进行诱导,探索成骨细胞在促进造血分化上的作用。通过分析基因表达,观察细胞形态,免疫荧光反应等分析手段,来鉴定所获细胞的性质,前期试验证明了这一方法的可行性。与国内外已有的方法如OP9基质细胞与胚胎干细胞共培养以及使用多种细胞因子混合作用相比,该方法效率高、安全、成本低。可以弥补ES/OP9诱导体系在用于人胚胎干细胞向造血诱导上的缺陷,也可以解决采用多种昂贵的细胞因子进行混合诱导带来的高成本问题,为胚胎干细胞分化为造血干细胞并应用临床治疗进一步铺平了道路。