目前，造血干细胞骨髓移植已经成为许多疾病的标准治疗方法，包括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。不幸的是，许多骨髓移植因患者免疫系统的排斥反应或移植物抗宿主病（移植的骨髓细胞攻击患者的健康细胞）而失败，且这两种情况都有可能致命。
间充质干细胞（MSCs）能够分泌调节免疫系统的化合物，在动物实验中有望缓解这些问题。然而，到目前为止，骨髓MSCs的临床结果令人失望，因为它们很快就会从体内清除，并可能引发患者免疫系统的攻击；而将骨髓MSCs包埋在保护性生物材料中又会形成大而笨重的水凝胶，无法通过静脉注射给药，同时还会损害细胞功能。
近日，哈佛大学威斯生物工程研究所和哈佛干细胞计划的研究人员展示了一种单细胞封装技术，有效地保护了移植的MSCs不被清除并免受免疫攻击，提高了小鼠的骨髓移植的成功率。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。
“据我们所知，这是第一个用来改善细胞疗法的单细胞封装案例，但其应用将会越来越广泛。”第一作者Angelo Mao说 ，“而且，我们封装的细胞可以被冷冻和解冻，对细胞的性能影响最小，这在医院和其他治疗中心是至关重要的。”
这一进展建立在该团队之前开发的一种方法的基础之上，该方法使用微流体设备在单个活细胞上覆盖一层薄薄的海藻酸盐水凝胶，创造出所谓的“微凝胶”。此工艺能够以90%的效率封装细胞，得到的微凝胶非常小，可以通过静脉输送。当注射到小鼠体内时，使用这种技术包裹的骨髓MSCs在动物的肺中停留的时间是“裸”MSCs的10倍，并且可以存活长达3天。
由于MSCs的临床吸引力在于它们能够分泌调节人体免疫系统的化合物，因此研究人员测试了微凝胶封装对MSCs的功能的影响以及其抵抗免疫攻击的能力。他们对原来的海藻酸盐微凝胶进行了改进，加入了另一种与海藻酸盐交联的化合物，使微凝胶更加坚硬，能够更好地抵抗人体的免疫系统和清除机制。他们还培养了封装后的MSCs，以刺激它们分裂产生更多的细胞。当这些新型微凝胶被注射到小鼠体内时，它们的持久性比以前的微凝胶设计提高了5倍，比裸MSCs更是提高了一个数量级。
为了诱导机体对MSCs的免疫反应，研究小组在含有胎牛血清的培养基中培养了封装细胞，该培养基会被机体识别为外来物，然后再将封装细胞导入小鼠体内，结果发现，封装MSCs的清除率虽然高于未被免疫激活时的清除率，但仍比裸MSCs的清除率的低5倍。当注射到对骨髓MSCs有免疫记忆反应的小鼠体内时（用于模拟人类病人多次注射骨髓MSCs的情况），这种封装MSCs的效果也优于裸MSCs。
暴露于炎症细胞因子的MSCs通过增加免疫调节基因和蛋白质的表达来做出反应，因此研究人员接下来测试了新型微凝胶封装是否会影响这种反应。结果发现，当暴露于相同的细胞因子时，裸MSCs和封装MSCs具有相似的基因表达水平，这表明微凝胶不会损害MSCs的性能。
最后，研究小组将含有MSCs的微凝胶连同移植的骨髓一起注入小鼠体内，其中一半骨髓与受体小鼠免疫相容，另一半是异基因的，即免疫不匹配。与未接受MSCs移植的小鼠相比，接受封装MSCs移植的小鼠9天后骨髓和血液中的异基因骨髓细胞比例增加了一倍以上。与裸MSCs相比，封装MSCs还能使同种异体细胞在宿主骨髓中获得更大程度的移植。
“这项工作的一个优点是，它使用了一种完全非基因的方法来大幅提高细胞在移植环境下的存活率。” David Mooney说，他是海洋生物工程Robert P. Pinkas家族教授。“这项技术很好地补充了基因工程方法，事实上，它可能比直接修改免疫细胞本身更有效。”
威斯研究所的验证项目计划支持把这种方法作为治疗人类缺血（血管狭窄）的一种可能方法，并希望在不久的将来证明其临床可行性。“这项技术同时解决了骨髓移植和干细胞治疗的多个问题，使用了一种优雅的、基于生物材料的方法，代表了威斯研究所非常重视的跨学科思维，” Donald Ingber医学博士说，“我们很高兴能支持这个项目走向临床验证，我们期待着微凝胶的其他潜在应用，以解决药物和细胞递送的问题。”
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编译：花花
审稿：alone
责编：张梦
期刊来源：《美国国家科学院院刊》
期刊编号：0027-8424
原文链接：
https://medicalxpress.com/news/2019-07-transplanted-stem-cells-jobs.html
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