新南威尔士大学悉尼分校的生物医学工程师和医学研究人员已经独立地发现了胚胎血液干细胞的创造，有一天可能会消除对血液干细胞捐赠者的需求。
这些成就是再生医学朝着使用“诱导多能干细胞”来治疗疾病的方向发展的一部分，这种干细胞是从成人组织细胞而不是使用活的人类或动物胚胎进行逆向工程。
但是，虽然我们从2006年就已经了解了诱导多能干细胞，但科学家们仍有很多东西要了解，如何在实验室中人工和安全地模仿人体细胞分化，以提供针对性的医疗治疗。
新南威尔士大学研究人员在这一领域的两项研究不仅揭示了血液干细胞的前体是如何在动物和人类中发生的，而且揭示了它们是如何被人工诱导的。
在今天发表在《细胞报告》上的一项研究中，新南威尔士大学生物医学工程学院的研究人员演示了如何在实验室中使用微流体设备模拟胚胎心脏的跳动，从而发展出人类血液干细胞“前体”，这是一种即将成为血液干细胞的干细胞。
在7月份发表在《自然细胞生物学》上的一篇文章中，新南威尔士大学医学与健康学院的研究人员揭示了老鼠胚胎中负责产生血液干细胞的细胞的身份。
这两项研究都是了解血液干细胞如何、何时、何地以及哪些细胞参与创造的重要步骤。在未来，这一知识可以用于帮助癌症患者，以及其他接受了高剂量放射和化疗的患者，以补充他们耗尽的血液干细胞。
模拟心脏
在《细胞报告》中详细介绍的这项研究中，第一作者李晶晶博士和其他研究人员描述了一个3厘米x 3厘米的微流体系统是如何泵入从胚胎干细胞系产生的血液干细胞，以模拟胚胎的心脏跳动和血液循环状况。
她说，在过去的几十年里，生物医学工程师一直试图在实验室培养皿中制造血液干细胞，以解决供体血液干细胞短缺的问题。但至今还没有人能够做到这一点。
“部分问题在于，我们仍然没有完全理解胚胎发育过程中微环境中发生的所有过程，这些过程导致胚胎发育第32天左右产生血液干细胞，”李博士说。
“因此，我们制作了一种模拟心脏跳动、血液循环和眼眶震动系统的设备。当血细胞在设备中或在培养皿中移动时，眼眶震动系统会产生剪切应力或摩擦。”
这些系统促进了前体血干细胞的发育，可分化为各种血液成分——白细胞、红细胞、血小板等。他们很兴奋地看到这个被称为造血的过程在设备中被复制。
该研究的合著者罗伯特·诺顿副教授说，他感到惊讶的是，该设备不仅创造了血液干细胞前体，进而产生了分化的血细胞，而且还创造了胚胎心脏环境的组织细胞，这对这一过程至关重要。
“让我惊讶的是，当血液干细胞在胚胎中形成时，它们会在被称为主动脉的主血管壁上形成。它们基本上从主动脉出来进入循环，然后进入肝脏形成所谓的决定性造血，或决定性的血液形成。
“让主动脉形成，然后细胞从主动脉进入血液循环，这是产生这些细胞所需的关键步骤。”
“我们已经证明，我们可以产生一种可以形成所有不同类型血细胞的细胞。我们还证明它与主动脉内膜细胞密切相关——因此我们知道它的起源是正确的——而且它会增殖。诺顿说。
研究人员对他们在用机械装置模拟胚胎心脏状况方面取得的成就持谨慎乐观态度。他们希望这能成为解决当今限制再生医学治疗的挑战的一步:供体造血干细胞短缺、供体组织细胞排斥，以及围绕使用体外受精胚胎的伦理问题。
“用于移植的血液干细胞需要与患者具有相同组织类型的供体，”A/教授。诺顿说。
“从多能干细胞系中制造血液干细胞将解决这个问题，而不需要组织匹配的供体提供充足的供应来治疗血癌或遗传疾病。”
李博士补充说，“我们正在利用生物反应器扩大这些细胞的生产规模。”
谜团解开了
同时，独立于李博士和A/教授工作。诺登、新南威尔士大学医学与健康学院的约翰·皮曼达教授和瓦什·钱德拉坎森博士正在进行他们自己的研究，研究胚胎中如何产生血液干细胞。
在对小鼠的研究中，研究人员寻找哺乳动物天然利用血管内皮细胞制造血液干细胞的机制。
“我们已经知道，这一过程发生在哺乳动物胚胎中，在造血过程中，位于主动脉的内皮细胞转变为血细胞，”皮曼达教授说。“但到目前为止，调控这一过程的细胞的身份一直是个谜。”
在他们的论文中，皮曼达教授和钱德拉坎森博士描述了他们是如何通过识别胚胎中可以将胚胎和成体内皮细胞转化为血细胞的细胞来解决这个难题的。这些细胞被称为“mesp1衍生的PDGFRA+基质细胞”，位于主动脉下方，在胚胎发育过程中只在非常狭窄的窗口内环绕主动脉。
钱德拉坎森博士说，知道这些细胞的身份，为医学研究人员提供了线索，了解成年哺乳动物内皮细胞是如何被激发产生血液干细胞的——这是它们通常无法做到的。
“我们的研究表明，当胚胎或成人的内皮细胞与‘来源于Mesp1的PDGFRA+基质细胞’混合时，它们开始制造血液干细胞，”他说。
虽然在将其转化为临床实践之前还需要进行更多的研究——包括确认在人类细胞中的结果——但这一发现可能为生成可移植造血细胞提供了一种潜在的新工具。
“使用自己的细胞产生血液干细胞可以消除对供者输血或干细胞移植的需要。解开大自然使用的机制，让我们离实现这一目标更近了一步，”皮曼达教授说。
