麻省理工学院工程师在具有与骨髓相似的机械性能的表面上将这些间充质干细胞（红色，带蓝色核）增长。图像：Frances Liu和Krystyn Van Vliet
患有白血病和淋巴瘤如白血病和淋巴瘤的患者通常通过照射骨髓来破坏患病细胞。治疗后，患者容易感染和疲劳，直到新的血细胞生长。
麻省理工学院研究人员现在已经设计了一种方法来帮助更快地再生血液细胞。它们的方法涉及刺激特定类型的干细胞，分泌有助于前体细胞分化成熟血细胞的生长因子。
使用称为机械化的技术，研究人员在机械性能与骨髓非常相似的表面上成长间充质干细胞（MSC）。这诱导细胞产生特殊因素，帮助造血干细胞和祖细胞（Hspcs）分化成红色和白细胞，以及血小板和其他血细胞。
“你可以考虑你试图种植植物，”迈克尔和Sonja Koerner材料科学与工程教授，生物工程教授，助理副舞会。“MSCs正在进入并改善土壤，使祖细胞可以开始增殖并区分您需要存活的血细胞谱系。”
在对小鼠的研究中，研究人员表明，专门种植的MSCs帮助动物从骨髓辐射中迅速恢复得更快。
范·Vliet是该研究的高级作者，它出现在10月24日期刊干细胞研究和治疗中。本文的牵头作者是最近的麻省理工学院博士收件人Frances Liu。其他作者是新加坡 - 麻省理工学院的研究和技术联盟（SMART）Postdoc Kimberley Tam，最近的MIT PHD受援者Novalia Pishesha，以及前智能Postdoc Zhiyong Poon，现在在新加坡综合医院。
细胞药物工厂
MSCs在整个身体中产生，可以分化为各种组织，包括骨骼，软骨，肌肉和脂肪。它们还可以分泌蛋白质，帮助其他类型的干细胞分化成熟细胞。
“他们表现得像药物工厂，”van Vliet说。“它们可以成为组织谱系细胞，但它们也会抽出大量改变造血干细胞在运行的环境中的因素。”
当癌症患者接受干细胞移植时，它们通常只接受可以成为血细胞的HPSC。van Vliet的团队以前表明，当小鼠也得到MSCS时，它们恢复得更快。然而，在给定的MSC群体中，通常只有大约20％的人产生刺激血细胞生长和骨髓恢复所需的因素。
“在目前的最先进的文化环境中留下了自己的设备，MSCS变得异构，他们都表达了各种因素，”Van Vliet说。
在早期的研究中，van Vliet和她的聪明的同事表明，她可以用特殊的微流体装置对MSC进行分类，可以识别促进血液细胞生长的20％。然而，她和她的学生希望通过寻找刺激整个MSC人群来产生必要的因素来改进。
为此，他们首先要发现哪些因素是最重要的。他们表明，虽然许多因素有助于血细胞分化，但致骨桥蛋白的分泌蛋白质与用MSC处理的小鼠中的更好的存活率最高度相关。
研究人员然后探索了“机械化”细胞的想法，以便它们会产生更多必要的因素。在过去的十年中，Van Vliet和其他研究人员表明，改变生长干细胞的表面的机械性能可以影响它们分化为成熟细胞类型。然而，在这项研究中，她首次表明机械性能也会影响干细胞在致力于特定组织细胞谱系之前分泌的因素。
通常，从身体中除去的干细胞在平板上生长在一块玻璃或硬塑料板上。麻省理工学院团队决定尝试在称为PDMS的聚合物上生长细胞，并改变其机械性能，以了解其如何影响细胞。它们设计了它们刚度和粘度变化的材料，这是在施加应力时材料延伸的速度的衡量标准。
研究人员发现，在具有机械性能的材料上生长的MSC最相似的是骨髓产生最大数量的诱导HPSPC分化为成熟血细胞所需的因素。
更好的恢复
然后，研究人员通过将它们植入骨髓照射的小鼠中来测试他们的特殊种植的MSC。即使他们没有植入任何HSPC，这种治疗迅速重新划破了动物的血细胞，并帮助它们比在传统玻璃表面上生长的MSCs处理的小鼠更快地恢复。它们也比用微流体分选装置选择的因子产生的MSC处理的小鼠恢复得更快。
“鼠标研究是常用的放射治疗的模型，用于杀死临床中的癌细胞。然而，这些疗法非常有破坏性，并且也摧毁了健康的细胞，“刘说。“我们的机械处理MSCs可以帮助更好地支持和再生这些小鼠模型的健康骨髓细胞，我们希望与人类相同的结果。”
“说明了间充质干细胞的机械映射可以利用如何改善造血回收，具有巨大的医学意义，”Eth苏黎世技术主席“卫生科学系主席”哲学“，他没有参与研究。“它还阐明了如何利用他们的方法来利用未来治疗应用的其他细胞群。”
van Vliet的实验室现在正在进行更多的动物研究，希望能够在人类中开发MSC和HSPC的组合治疗。
“你不能在很长的血细胞计数中存活，”她说。“如果您能够更快地达到正常水平的完整血细胞，您可以获得更好的恢复速度。”
研究人员还希望研究机械化是否可以诱导MSCs产生不同的因素，这些因素会刺激可能对治疗其他疾病有用的额外细胞类型的发展。
“你可以想象，通过改变他们的文化环境，包括他们的机械环境，MSCs可用于治疗靶向其他疾病，”如帕金森病，类风湿性关节炎等，范··韦特说。
该研究由新加坡 - 麻省理工学院联盟的生物系统和微机械跨学科研究小组资助的研究和技术（智能），通过新加坡国家研究基金会和国家卫生研究院。
出版物：Frances D. Liu，等，“通过建模和调节间充质基质细胞沉淀，”改善造血回收“，”干细胞研究与治疗，2018年; DOI：10.1186 / s13287-018-0982-2
