Nat Biotechnol:可注射的海綿狀凝膠促進T細胞再生

2020-12-20 生物谷

2019年2月19日訊/

生物谷

BIOON/---骨髓移植，也稱為造血

幹細胞

移植，是治療侵襲性疾病（比如

白血病

和多發性骨髓瘤）和感染（比如HIV病毒感染）的挽救生命的方法。這種過程需要將來自匹配供體的造血

幹細胞

輸注到患者體內，從而「重置」血液和免疫系統。

免疫細胞由存在於骨髓中的造血

幹細胞

分化而來。為了治療這些疾病並阻止患者的身體對移植細胞產生免疫排斥，患者需要接受涉及給予化療和放療的強化預處理（intensive conditioning）。然而，這種預處理方案也顯著破壞了骨髓中正常細胞的功能，因此破壞了它們再生免疫系統的能力，包括產生T細胞的能力降低、導致長期的移植後免疫缺陷，增加機會性傳染病和免疫併發症（比如移植物抗宿主病）的風險。

圖片來自Harvard University。

如今，在一項新的研究中，來自美國哈佛大學的研究人員開發出一種可注射的海綿狀凝膠，可增強骨髓移植後的T細胞產生，從而增加了免疫系統中的這些關鍵組分的數量和多樣性。這種生物工程支架（即海綿狀凝膠）可在骨髓移植的同時注射到皮膚下，從而有助於在接受移植後恢復免疫系統。相關研究結果於2019年2月11日在線發表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為「An injectable bone marrow–like scaffold enhances T cell immunity after hematopoietic stem cell transplantation」。

論文共同通訊作者、哈佛大學幹細胞研究所聯合主任David Scadden教授說，「T細胞群體缺乏和功能障礙是一種危及生命的挑戰，特別是在移植情形下。我們的研究證實一種簡單易用的現成的解決方案能夠增強

幹細胞

移植後的T細胞再生。」

論文共同通訊作者、哈佛大學工程與應用科學學院生物工程教授David Mooney說，「我們證實在體內構建細胞工廠的想法可用於

再生醫學

的

幹細胞

環境中。」

之前關於在骨髓移植後重新激活免疫系統的研究主要集中在改善胸腺的功能，其中胸腺是T細胞產生所必需的器官。Mooney、Scadden和他們的團隊著重關注骨髓---它是造血

幹細胞

的家園---並設計了一種方法來讓遷移到胸腺中並在那裡最終產生新的T細胞的細胞增殖。這些稱為共同淋巴祖細胞（common lymphoid progenitor）的細胞是在骨髓中產生的。

Scadden說，「我們的目標是通過構建一種像骨髓一樣的小環境來增強這些細胞的產生，這些細胞就像製造T細胞的鑄造廠的入門產品。」

利用Mooney實驗室在用於提供細胞指導性線索的生物材料開發方面的開拓性研究成果，這些研究人員設計了一種具有允許細胞進出的大孔的海綿狀凝膠。這種凝膠具有兩種內置的蛋白：第一種蛋白招募外部細胞，第二種蛋白促進T細胞祖細胞（T-cell progenitor）產生。第一種蛋白稱為骨形態發生蛋白2（BMP2），招募局部的細胞並促進它們變成骨細胞。一旦這種凝膠類似於血管化的骨髓，第二種蛋白就促進生活在這種生物工程支架中的造血

幹細胞

產生T細胞祖細胞。

當這些研究人員在接受造血

幹細胞

移植的小鼠中測試這種生物工程支架時，他們發現相比於沒有接受這種支架注射的小鼠，接受這種注射的小鼠更快地產生T細胞。

論文第一作者、哈佛大學工程與應用科學學院前博士後研究員Nisarg Shah說，「我們還發現我們不僅提高了在造血

幹細胞

移植後這些T細胞形成的速度，而且還增加了所形成的T細胞類型的多樣性。因此，我們不僅在改善T細胞的數量，而且還潛在地改善病原體識別和保護的廣度。」

這些研究人員還發現，在植入這種生物工程支架的小鼠中，移植物抗宿主病的發生率顯著降低，其中在移植物抗宿主病中，供者細胞攻擊患者的健康組織和器官。

美國明尼蘇達大學血液與骨髓移植學系小兒科教授Bruce Blazar（未參與這項研究）說，「這項研究的前景是令人興奮的。造血

幹細胞

移植的一個主要限制是受者不能夠快速地產生T細胞來發起針對外來抗原的免疫反應。通過使用一種基於生物材料的冷凍凝膠支架，Shah、Mooney和Scadden提供了一種解決這種障礙的途徑：提供一種可移植的三維系統和關鍵配體用於招募支持細胞和誘導T細胞譜系命運和分化，從而改善小鼠或人類細胞植入後的T細胞恢復。」

接下來，這些研究人員的目標是擴大這項研究的規模，使得它適用於臨床環境。Scadden說，「最終的目標是將這種海綿狀凝膠變成醫生能夠開處方和使用的產品。」

美國麻省理工學院化學工程教授Robert Langer（未參與這項研究）說，「這是一項非常好的研究，在這項研究中，這些作者們開發了一種易於給藥的新型凝膠，與此同時，在造血

幹細胞

移植後，它具有增強T細胞再生的能力。我希望通過進一步的研究工作，這可能成為一種對患者有用的治療方法。」（生物谷 Bioon.com）

參考資料：Nisarg J. Shah et al. An injectable bone marrow–like scaffold enhances T cell immunity after hematopoietic stem cell transplantation. Nature Biotechnology, 2019, doi:10.1038/s41587-019-0017-2.

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