一组研究人员发现了炎症信号如何影响胚胎中血液干细胞发展的时机和原因。这一突破可能显著加强创造实验室培养的个性化患者干细胞输血，以解决血液相关疾病的努力，从而可能消除对骨髓移植的需要。
十年前，拉凯尔·埃斯平·帕拉松意识到，激活炎症信号通路对胚胎生成血液干细胞至关重要。她实验室的最新研究显示，在初次激活后保持这些信号处于非活跃状态是有益的。
最近的研究由埃斯平·帕拉松和克莱德·坎贝尔共同领导，后者是爱荷华州立大学遗传学、发展和细胞生物学的助理教授，这项研究将推动实验室培养的个性化血液干细胞的发展。这一令人兴奋的、但仍在持续进展的再生医学进展，有可能替代骨髓移植来治疗白血病、淋巴瘤和贫血等血液疾病，利用干细胞疗法。
时机的重要性在发布于9月6日的《自然通讯》中的研究成果中得到了强调。埃斯平·帕拉松之前的研究表明，NF-kB，一个在触发炎症时涉及的重要蛋白网络，是在血液干细胞形成过程中至关重要的。了解这些炎症信号何时以及为何发生，将有助于准确重现这一过程。
“这代表了实验室血液干细胞生产的重要进展。我们开发的协议将更加精确和有效，”埃斯平·帕拉松表示。
信号间隔激活
干细胞对生物的生长、修复和更新至关重要，形成所有新细胞类型的基础。一些干细胞足够灵活，可以发展成任何细胞类型，而其他干细胞则更加专业。人类每日产生的数百亿个新血细胞源自于骨髓中的专门造血干细胞。这些干细胞在出生前就在胚胎内形成了完整的供应。
埃斯平·帕拉松和坎贝尔的团队使用了斑马鱼进行研究，因为斑马鱼因与人类的基因相似以及其卵子快速外部发育而常被用于医学研究。通过结合荧光报告基因，科学家们可以通过可见荧光观察特定的蛋白质和基因表达。在使用一个瞬间发光的报告线来追踪斑马鱼胚胎中的NF-kB表达时，研究团队发现炎症信号以两波独特的方式激活。这种交替激活就像一个生物时钟，促进胚胎中一些血管细胞转变为血液干细胞。
如果第一波信号缺失，细胞则未准备好进行转变。相反，如果第二波缺失，新形成的干细胞无法有效地从血管上脱离并扩散。在这两波信号之间，血液干细胞逐渐出现并持续增殖。然而，如果第二波信号延迟，现有的干细胞将继续过度增殖。
“通过操控这一信号，我们可以显著增加血液干细胞的生产，”埃斯平·帕拉松表示。
‘我感到震惊’
坎贝尔指出，研究人员惊讶地发现抑制再激活阶段可以增强血液干细胞的生产。
“我是第一个在显微镜下观察到这一现象的人，差点从椅子上摔下来。我对拉凯尔大喊，‘这是什么情况？’这是科学中那些令人兴奋的时刻之一，当你目睹某些惊人的事情时。我原以为看到的只有八个干细胞，而实际上却看到数百个，”坎贝尔回忆道。
考虑到当前培养血液干细胞的技术产生的功能性细胞非常少，这种增加生产的潜力令人兴奋，埃斯平·帕拉松表示。现有的过程涉及将成熟细胞进行基因重编程，以模仿胚胎自然产生的多功能干细胞，然后利用这些诱导多能干细胞来开发血液干细胞。仍需继续研究，以了解这一新发现的炎症信号时机如何改善生成血液干细胞的实验室协议。
“现在，我们需要集中精力优化和整合这些信号，”坎贝尔补充道。
未来展望
多年来，埃斯平·帕拉松和坎贝尔与费城儿童医院的研究人员合作，该医院广泛关注诱导多能干细胞。他们在那里的合作者验证了NF-kB信号在实验室创建的人类血液干细胞中表现出类似的时机和效果。
尽管他们将继续与医院保持合作，但爱荷华州立大学的研究人员很快能够在当地进行研究。一项来自国家卫生研究院的200万美元、为期五年的资助资金，支持了最近发布的研究和在爱荷华州立大学校园内建立细胞培养实验室，该实验室将能够生成诱导多能干细胞。坎贝尔表示，他花了一个月的时间在费城医院学习必要的协议，实验室预计将在年底前投入运作。
埃斯平·帕拉松和坎贝尔相信，他们近期研究的技术和见解也可以应用于其他类型干细胞、衰老过程以及患者来源的癌症免疫治疗研究。科学家们正在逐渐发现炎症信号在整个生命中的多样角色。
“炎症网络对于生命的启动至关重要，通过抵抗感染和病毒来维持我们的生命，最终可能导致我们的死亡，”坎贝尔表示。
