造血干祖细胞扩增困难破解！Biofabrication：GelMA-P-T水凝胶3D系统精准调控ROS，使造血干祖细胞扩增效力年夜年夜晋升

造血干祖细胞移植是治愈白血病、再生障碍性贫血等血液系统疾病的焦点手段，但这类细胞体外扩增效力低、功能易流掉的问题，持久制约着临床利用落地。传统二维培育没法复刻骨髓内复杂的造血微情况，常致使细胞内活性氧过量蓄积，进而引发分化法式激活，年夜幅下降细胞临床利用价值。

近日，Biofabrication刊发的一项研究Engineering an organoid culture system for enhanced murine and human hematopoietic stem and progenitor cell self-renewal and expansion成功破解了这一行业痛点，该研究由北京放射医学研究所结合河北年夜学、安徽医科年夜学科研团队配合完成，其焦点立异在在构建了基在新型复合水凝胶的三维仿生培育系统。

研究团队经由过程交联明胶甲基丙烯酰酯（GelMA）与具有活性氧断根活性的PVA-TSPBA，成功合成GelMA-PVA-TSPBA（简称GelMA-P-T）复合水凝胶。该材料揭示出优良的生物相容性，不但能保持不变形态且无较着细胞毒性，更可高效断根培育情况中的活性氧以下降细胞氧化应激程度，同时为基质细胞与造血干祖细胞的黏附发展供给适合支持。在小鼠骨髓来历Kit⁺造血干祖细胞的培育尝试中，GelMA-P-T组的表示显著优在二维培育和纯真GelMA水凝胶组。数据显示，该组细胞内活性氧程度较着下调，CD45⁺Sca-1⁺Kit⁺CD201⁺造血干祖细胞的比例和数目均实现年夜幅晋升，集落构成能力也更加凸起。

图1：GelMA-P-T水凝胶的构建进程和其对造血干祖细胞自我更新与扩增的感化机制

当研究人员在GelMA-P-T水凝胶中引入HS-5、HUAECs、hFOB1.19等造血微情况相干细胞后，鼠造血干祖细胞的扩增倍数到达45.64倍，这一数值远超GelMA水凝胶组的2.26倍。后续移植尝试进一步证实，经该系统扩增的造血干祖细胞在致死剂量照耀小鼠体内的造血重建能力更强，其在外周血、脾脏、胸腺和骨髓中的供体嵌合率均显现显著优势。

图2：GelMA-P-T水凝胶的构建和其对HS-5细胞发展的影响

在人胚胎干细胞衍生的CD34⁺造血干祖细胞培育系统中，GelMA-P-T水凝胶的优势一样获得充实验证。该系统可以或许有用按捺造血干祖细胞向髓系、巨核系和红系的分化历程，同时显著提高CD45⁺CD34⁺CD90⁺造血干祖细胞的比例和扩增倍数，其集落构成数目也远高在二维培育和纯真GelMA水凝胶组。在插手造血微情况细胞后，人造血干祖细胞的扩增倍数到达18倍，且细胞内活性氧延续保持在低程度状况，线粒体质量与功能获得较着改良，ATP合成量同步增添，为细胞自我更新供给了足够的能量保障。

图3：GelMA-P-T水凝胶对人胚胎干细胞来历造血干祖细胞的体外功能影响

机制摸索层面，转录组阐发成果揭露了GelMA-P-T系统的感化道理。该系统首要经由过程按捺活性氧相干旌旗灯号通路，上调FoxO旌旗灯号通路、细胞氧化解毒和细胞氧化还原稳态相干基因集的表达，同时激活Wnt、Notch、BMP等与造血干祖细胞保持紧密亲密相干的旌旗灯号通路，显著加强ESAM、ANGPT1、ITGA6等干细胞自我更新相干基因的表达程度，终究实现造血干祖细胞功能的保持与高效扩增。

图4：GelMA-P-T加强造血干祖细胞自我更新的机制生物信息学阐发

这项研究成功构建了兼具功能性与仿生特征的GelMA-P-T复合水凝胶三维培育系统，经由过程精准调控氧化应激程度、改良线粒体功能并靶向调控要害旌旗灯号通路，实现了鼠和人造血干祖细胞自我更新能力与体外扩增效力的同步晋升，同时有用按捺细胞异常分化。该手艺不但为造血干细胞移植疗法的临床转化供给了要害手艺支持，更鞭策了骨髓类器官手艺的成长历程。将来，这一系统有望在血液疾病精准医治、疾病模子构建和药物挑选等范畴阐扬主要感化，为浩繁依靠造血干细胞移植的患者带来新的医治但愿。（Bioon.com）

参考文献：

Chen K, Li Y, Tang X, et al. Engineering an organoid culture system for enhanced murine and human hematopoietic stem and progenitor cell self-renewal and expansion. Biofabrication. 2025;18(1):10.1088/1758-5090/ae175f. Published 2025 Nov 11. doi:10.1088/1758-5090/ae175f