科学家们创建了人类血液干细胞发育的第一个全景图像

胚胎主动脉中新兴的人类血液干细胞

从胚胎主动脉壁的特化内皮细胞中产生的人类血液干细胞。加州大学洛杉矶分校科学家对这一过程的确认澄清了关于干细胞细胞起源的长期争议。图片来源：Hanna Mikkola 实验室/加州大学洛杉矶分校、Katja Schenke-Layland 实验室/蒂宾根大学、自然

加州大学洛杉矶分校的科学家及其同事创建了首创的路线图，追踪人类胚胎中造血干细胞发育的每一步，为科学家提供了在实验室中生产功能齐全的造血干细胞的蓝图。

Eli and Edythe Broad 再生中心的 Hanna Mikkola 博士说，这项研究于今天（2022 年 4 月 13 日）发表在《自然》杂志上，有助于扩大白血病等血癌和镰状细胞病等遗传性血液疾病的治疗选择。加州大学洛杉矶分校的医学和干细胞研究，谁领导了这项研究。

造血干细胞，也称为造血干细胞，具有无限复制自身并分化成人体内各种血细胞的能力。几十年来，医生们一直在使用来自捐赠者骨髓和新生儿脐带的造血干细胞，用于血液和免疫疾病的挽救生命的移植治疗。然而，这些治疗受到匹配供体短缺的限制，并且受到脐带血中干细胞数量少的阻碍。

研究人员试图通过尝试在实验室中从人类多能干细胞中制造血液干细胞来克服这些限制，这可能会在体内产生任何细胞类型。但成功一直难以捉摸，部分原因是科学家缺乏使实验室培养的细胞分化为自我更新的血液干细胞而不是短寿命的血液祖细胞的说明，后者只能产生有限的血细胞类型。

文森佐·卡尔瓦内斯和汉娜·米科拉

Vincenzo Calvanese（左）和 Hanna Mikkola 自 2012 年以来一直在加州大学洛杉矶分校从事血液干细胞研究。图片来源：Eddy Marcos Panos（左）；里德哈钦森/加州大学洛杉矶分校

加州大学洛杉矶分校分子、细胞和发育生物学教授 Mikkola 说：“没有人成功地从人类多能干细胞中制造出功能性造血干细胞，因为我们对我们试图产生的细胞了解不够。”加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心的成员。

该研究的共同第一作者、加州大学洛杉矶分校的科学家文森佐·卡尔瓦内斯和加州大学洛杉矶分校的桑德拉说，新的路线图将帮助研究人员了解这两种细胞类型之间的根本差异，这对于创造适用于移植治疗的细胞至关重要。 Capellera-Garcia 和马飞扬。

“我们现在有一本关于如何在胚胎中制造造血干细胞以及它们如何获得使它们对患者有用的独特特性的手册，”Calvanese 说，他也是伦敦大学学院的小组负责人。去识别化的数据可在人类造血干细胞发育图谱网站上向公众提供。

该研究小组包括来自德国蒂宾根大学和澳大利亚默多克儿童研究所的科学家，他们使用单细胞RNA测序和空间转录组学创造了这种资源，这些新技术使科学家能够识别数千个单个细胞的独特遗传网络和功能并揭示这些细胞在胚胎中的位置。

这些数据可以跟踪造血内皮中出现的造血干细胞，并在其发育过程中通过不同位置迁移，从主动脉开始，最终到达骨髓。重要的是，该地图揭示了它们成熟过程中的特定里程碑，包括它们到达肝脏，在那里它们获得了造血干细胞的特殊能力。

为了解释成熟过程，Mikkola 将未成熟的造血干细胞与有抱负的外科医生进行了比较。正如外科医生需要经过不同阶段的培训来学习如何进行手术一样，未成熟的造血干细胞也必须通过不同的位置来学习如何完成造血干细胞的工作。

该研究小组还确定了血管壁中产生造血干细胞的确切前体。这一发现澄清了关于干细胞的细胞起源和制造血液干细胞而不是血液祖细胞所需的环境的长期争议。

既然研究人员已经确定了与人类造血干细胞发育不同阶段相关的特定分子特征，科学家们可以利用这一资源来了解他们与在实验室中制造可移植造血干细胞有多接近。

“以前，如果我们试图从多能细胞中制造造血干细胞并且它没有移植，我们将不知道在这个过程中我们失败的地方，”Mikkola 说。“现在，我们可以将细胞放在我们的路线图中，看看我们在哪些方面取得了成功，在哪些方面存在不足，并根据胚胎的指示微调分化过程。”

此外，该地图可以帮助科学家了解胚胎中发育的造血细胞如何导致人类疾病。例如，它为研究为什么一些在子宫内开始的血癌比出生后发生的血癌更具侵袭性提供了基础。

“现在我们已经创建了一个在线资源，世界各地的科学家都可以使用它来指导他们的研究，真正的工作正在开始，”米科拉说。“在这个领域是一个非常激动人心的时刻，因为我们终于要看到我们的劳动成果了。”