亞洲健康互聯
優化產業的推手,生醫商機的GPS!

首頁產業資訊生技報導生技產業放射治療後幫助血細胞再生

放射治療後幫助血細胞再生

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2018/10/30
麻省理工學院的工程師在這些表面上培養出間充質幹細胞(紅色,有藍色細胞核),其機械特性與骨髓相似。 圖片來源:Frances Liu、Krystyn Van Vliet

患有血癌如白血病和淋巴瘤的患者,通常透過照射其骨髓破壞患病細胞來治療。治療後,患者容易感染和疲勞,直到新血細胞重新生長。

麻省理工學院的研究人員設計出一種幫助血細胞更快恢復的方法。他們的方法包括刺激特定類型的幹細胞分泌生長因子,幫助前體細胞分化成成熟的血細胞。

研究人員使用一種稱為機械驅動的技術,在表面上生長間充質幹細胞(MSCs),其機械特性與骨髓非常相似。這誘導細胞產生特殊因子,幫助造血幹細胞和祖細胞(HSPCs)分化成紅細胞和白細胞,以及血小板和其他血細胞。

麻省理工學院生物工程教授和副教務長Krystyn Van Vliet說道,如同種植一種植物一樣地思考它,進入並改善土壤,使祖細胞開始增殖並分化成血細胞譜系。

在對小鼠的研究中,研究人員表明,特殊生長的MSCs幫助動物從骨髓照射中恢復得更快。

Krystyn Van Vliet是該研究的資深作者,該研究發表於1024日出版的幹細胞研究和治療雜誌。該論文的主要作者是最近的麻省理工學院博士學位獲得者Frances Liu。其他作者是新加坡 - 麻省理工學院研究與技術聯盟(SMART)博士後金伯利譚。

細胞藥廠

MSCs在全身產生,可分化成多種組織,包括骨骼、軟骨、肌肉和脂肪。它們還可以分泌蛋白質,幫助其他類型的幹細胞分化成成熟細胞。

「他們就像藥廠一樣,」Van Vliet說。 「它們可以成為組織譜系細胞,但它們也會產生許多改變造血幹細胞所處環境的因素。」

當癌症患者接受幹細胞移植時,通常只接受HPSC,後者可以成為血細胞。 Van Vliet的團隊之前已經表明,當老鼠也被給予MSCs時,他們恢復得更快。然而,在給定的MSC群體中,通常只有約20%產生刺激血細胞生長和骨髓恢復所需的因子。

「在目前最先進的文化環境中,他們擁有自己的設備,MSCs變得異質,它們都表達了各式各樣的因素,」Van Vliet說。

在早期的一項研究中,Van Vliet及其SMART同事表明,可以使用特殊的微流體裝置對MSCs進行分類,該裝置可以識別促進血細胞生長的20%。然而,Van Vliet希望透過尋找刺激整個MSCs群體,以產生必要因子的方法來改進。

要做到這一點,他們首先必須發現哪些因素是最重要的。雖然許多因素促成血細胞分化,但是一種稱為骨橋蛋白的蛋白質分泌,與用MSC治療的小鼠中更好的存活率最相關。

之後研究人員探索了「機械驅動」細胞的想法,以便產生更多必要的因子。在過去的十年中,Van Vliet和其他研究人員已經證明,改變幹細胞生長表面的機械性能,可以影響它們向成熟細胞類型的分化。然而,在這項研究中,她首次表明機械特性也會影響幹細胞在進入特定組織細胞譜系之前分泌的因子。

通常,從身體移除的幹細胞生長在平板玻璃或硬塑膠原料上。麻省理工學院的團隊決定嘗試在稱為PDMS的聚合物上培養細胞,並改變其機械性能,以了解它將如何影響細胞。他們設計的材料在剛度和粘度方面都有所不同,這可以衡量材料在施加應力時的伸展速度。

研究人員發現,在具有與骨髓最相似機械特性的材料上生長的MSCs,產生了誘導HPSPCs分化成成熟血細胞所需的最大數量因子。

更好的復原

然後研究人員透過將它們植入已經骨髓照射的小鼠中,來測試它們特別生長的MSCs。儘管他們沒有植入任何HSPC,但這種治療方法很快就重新填充了動物的血細胞,並幫助它們比用傳統玻璃表面生長的MSCs治療的小鼠恢復得更快,也比用微流體分選裝置選擇的產生因子的MSC處理的小鼠恢復得更快。

「小鼠研究是臨床常用於殺死癌細胞的放射治療模型。然而,這些療法具有很強的破壞性,也會破壞健康的細胞,」研究人員說道。 「我們機械編碼的MSCs,可以幫助更快地在這些小鼠模型中,更好地支持和再生這些健康的骨髓細胞,我們希望相同的結果轉化為人類。」

「說明間充質幹細胞的機械打擊,如何被用來改善造血恢復具有重要的醫學意義,」蘇黎世聯邦理工學院技術健康科學系主任,未參與該研究的Viola Vogel說。 「它或許還揭示如何利用這項方法,將來利用其他細胞亞群用於治療應用。」

Van Vliet實驗室目前正在進行更多的動物研究,希望開發出可以在人體中進行檢測的MSCsHSPCs的聯合治療。

長期以來,人們無法透過低血細胞數生存,她說。 如果能夠讓全血細胞計數更快地達到正常水平,那麼恢復速度就會有更好的預後。

研究人員還希望研究機械抑制是否可以誘導MSCs產生不同的因子,這些因子可以刺激其他可用於治療其他疾病細胞類型的發展。

Van Vliet說:「想像透過改變培養環境,包括機械環境,MSCs可以用於治療其他幾種疾病,如帕金森氏症、類風濕性關節炎等。」