患有血癌如白血病和淋巴瘤的患者通常通过照射其骨髓来破坏患病细胞来治疗。治疗后，患者容易感染和疲劳，直到新血细胞重新生长。
麻省理工学院的研究人员现在已经设计出一种帮助血细胞更快恢复的方法。他们的方法包括刺激特定类型的干细胞分泌生长因子，帮助前体细胞分化成成熟的血细胞。
研究人员使用一种称为机械打击的技术，在表面上生长间充质干细胞(MSCs)，其机械特性与骨髓非常相似。这诱导细胞产生特殊因子，帮助造血干细胞和祖细胞(HSPCs)分化成红细胞和白细胞，以及血小板和其他血细胞。
“你可以像想要种植一种植物一样思考它，”Krystyn Van Vliet说道，他是Michael和Sonja Koerner材料科学与工程教授，生物工程教授和副教务长。“MSCs进入并改善土壤，使祖细胞开始增殖并分化成您需要存活的血细胞谱系。”
在对小鼠的研究中，研究人员表明，特殊生长的MSCs帮助动物从骨髓照射中恢复得更快。
Van Vliet是该研究的高级作者，该研究发表在10月24日出版的干细胞研究和治疗杂志上。该论文的主要作者是最近的麻省理工学院博士学位获得者Frances Liu。其他作者是新加坡 - 麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)博士后金伯利谭，最近麻省理工学院博士学位获得者Novalia Pishesha，以及前SMART博士后Zhiyong Poon，现在新加坡综合医院。
细胞药厂
MSCs在全身产生，可分化成多种组织，包括骨骼，软骨，肌肉和脂肪。它们还可以分泌蛋白质，帮助其他类型的干细胞分化成成熟细胞。
“他们就像药厂一样，”Van Vliet说。“它们可以成为组织谱系细胞，但它们也会产生许多改变造血干细胞所处环境的因素。”
当癌症患者接受干细胞移植时，他们通常只接受HPSC，后者可以成为血细胞。Van Vliet的团队之前已经表明，当老鼠也被给予MSCs时，他们恢复得更快。然而，在给定的MSC群体中，通常只有约20%产生刺激血细胞生长和骨髓恢复所需的因子。
“在目前最先进的文化环境中，他们拥有自己的设备，MSCs变得异质，它们都表达了各种各样的因素，”Van Vliet说。
在早期的一项研究中，Van Vliet和她的SMART同事表明她可以使用特殊的微流体装置对MSCs进行分类，该装置可以识别促进血细胞生长的20%。然而，她和她的学生希望通过寻找刺激整个MSCs群体以产生必要因子的方法来改进。
要做到这一点，他们首先必须发现哪些因素是最重要的。他们表明，虽然许多因素促成血细胞分化，但是一种称为骨桥蛋白的蛋白质的分泌与用MSC治疗的小鼠中更好的存活率最相关。
然后研究人员探索了“机械驱动”细胞的想法，以便它们产生更多必要的因子。在过去的十年中，Van Vliet和其他研究人员已经证明，改变干细胞生长表面的机械性能可以影响它们向成熟细胞类型的分化。然而，在这项研究中，她首次表明机械特性也会影响干细胞在进入特定组织细胞谱系之前分泌的因子。
通常，从身体移除的干细胞生长在平板玻璃或硬塑料上。麻省理工学院的团队决定尝试在称为PDMS的聚合物上培养细胞，并改变其机械性能，以了解它将如何影响细胞。他们设计的材料在刚度和粘度方面都有所不同，这可以衡量材料在施加应力时的伸展速度。
研究人员发现，在具有与骨髓最相似的机械特性的材料上生长的MSCs产生了诱导HPSPCs分化成成熟血细胞所需的最大数量的因子。
更好的恢复
然后研究人员通过将它们植入已经骨髓照射的小鼠中来测试它们特别生长的MSCs。尽管他们没有植入任何HSPC，但这种治疗方法很快就重新填充了动物的血细胞，并帮助它们比用传统玻璃表面生长的MSCs治疗的小鼠恢复得更快。它们也比用微流体分选装置选择的产生因子的MSC处理的小鼠恢复得更快。
“小鼠研究是临床常用于杀死癌细胞的放射治疗模型。然而，这些治疗方法具有很强的破坏性，同时也会破坏健康细胞，”刘说。“我们的机械编码的MSCs可以帮助更快地在这些小鼠模型中更好地支持和再生这些健康的骨髓细胞，我们希望相同的结果将转化为人类。”
Van Vliet的实验室目前正在进行更多的动物研究，希望开发出可以在人体中进行检测的MSCs和HSPCs的联合治疗。
“长期以来，你无法通过低血细胞计数生存，”她说。“如果你能够让你的全血细胞计数更快地达到正常水平，那么你的恢复速度就会有更好的预后。”
研究人员还希望研究机械抑制是否可以诱导MSCs产生不同的因子，这些因子可以刺激其他可用于治疗其他疾病的细胞类型的发展。
Van Vliet说：“你可以想象通过改变他们的文化环境，包括他们的机械环境，MSCs可以用于治疗其他几种疾病，”如帕金森病，类风湿性关节炎等。
该研究由新加坡 - 麻省理工学院研究与技术联盟(SMART)的生物系统和微机械学跨学科研究小组，新加坡国家研究基金会和国立卫生研究院资助。