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没有人能成功地用人类多能干细胞制造出功能性血液干细胞，因为我们对我们试图制造的细胞了解不够。
人血干细胞由胚胎主动脉壁的特化内皮细胞产生。加州大学洛杉矶分校的科学家对这一过程的证实澄清了长期以来关于干细胞细胞起源的争议。
加州大学洛杉矶分校(UCLA)的科学家和同事们创造了一份史无前例的路线图，追溯了人类胚胎中血液干细胞发展的每一步，为科学家们在实验室中制造全功能血液干细胞提供了蓝图。
2022年4月13日发表在《自然》杂志上的研究可能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。
血液干细胞，又称造血干细胞，具有无限复制自己的能力，并能分化成人体的每一种血细胞。几十年来，医生们一直使用来自捐献者骨髓和新生儿脐带的造血干细胞进行血液和免疫疾病的移植治疗，以挽救生命。然而，由于缺乏匹配的献血者以及脐带血中干细胞数量少，这些治疗方法受到了限制。
研究人员试图通过在实验室中从人类多能干细胞中创造出血液干细胞来克服这些限制，这种多能干细胞有可能产生人体中的任何类型的细胞。但成功的希望渺茫，部分原因是科学家缺乏将实验室培养的细胞分化成自我更新的血液干细胞而不是短寿命的血液祖细胞的指令，后者只能产生有限的血细胞类型。
Vincenzo Calvanese(左)和Hanna Mikkola自2012年以来一直在加州大学洛杉矶分校进行血液干细胞研究。
“没有人能成功地用人类多能干细胞制造出功能性血液干细胞，因为我们对我们试图制造的细胞了解不够，”加州大学洛杉矶分校学院分子、细胞和发育生物学教授、加州大学洛杉矶分校琼森综合癌症中心成员Mikkola说。
新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，这对于创造适合用于移植治疗的细胞至关重要。
Calvanese说：“我们现在有了一本关于造血干细胞如何在胚胎中制造的手册，以及它们如何获得使其对患者有用的独特特性的手册。”在人类造血干细胞发育图谱网站上，公众可以获得这些未经鉴定的数据。
该研究团队包括来自德国Tübingen大学和澳大利亚默多克儿童研究所的科学家，他们利用单细胞RNA测序和空间转录组学创建了这个资源，新技术使科学家能够识别独特的基因网络和数千个个体细胞的功能，并揭示这些细胞在胚胎中的位置。
这些数据使我们能够跟踪血液干细胞，因为它们从造血内皮细胞出现，并在其发育过程中通过不同的位置迁移，从主动脉开始，最终到达骨髓。重要的是，该图谱揭示了它们成熟过程中的特定里程碑，包括它们到达肝脏，在那里它们获得了血液干细胞的特殊能力。
为了解释成熟过程，Mikkola将未成熟的血液干细胞比作有抱负的外科医生。就像外科医生需要通过不同阶段的训练来学习如何进行手术一样，未成熟的血液干细胞也必须通过不同的位置来学习如何作为血液干细胞工作。
研究小组还确定了血管壁中产生血液干细胞的确切前体。这一发现澄清了一个长期存在的争议，即干细胞的细胞来源和制造血液干细胞而不是血液祖细胞所需的环境。
现在，研究人员已经确定了与人类血液干细胞发育的不同阶段相关的特定分子特征，科学家可以利用这个资源来看看他们离在实验室中制造可移植的血液干细胞有多近。
Mikkola说:“以前，如果我们试图从多能细胞中培育出血液干细胞，但没有进行移植，我们就不知道在这个过程中哪里失败了。现在，我们可以将细胞置于我们的路线图中，看看我们在哪里取得了成功，在哪里存在不足，并根据胚胎的指示微调分化过程。”
此外，这幅图还可以帮助科学家了解胚胎中发育的造血细胞是如何导致人类疾病的。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更具有侵略性提供了基础。
Mikkola说:“现在我们已经创建了一个在线资源，全世界的科学家都可以使用它来指导他们的研究，真正的工作已经开始了。这是一个非常激动人心的时刻，因为我们终于将看到我们的劳动成果。”
参考文献：“Mapping human haematopoietic stem cells from haemogenic endothelium to birth” 13 April 2022, Nature. DOI: 10.1038/s41586-022-04571-x
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