含人AGM区、胎肝及骨髓基质细胞培养体系程序化诱导小鼠胚胎干细胞向造血干细胞的分化

背景：前期已分别制备人主动脉-性腺-中肾区基质细胞系及胎肝基质细胞系,发现前者可促进小鼠胚胎干细胞定向分化为造血干细胞。 目的：模拟胚胎发育过程中永久造血发育的时空顺序,探讨人主动脉-性腺-中肾(AGM)区、胎肝(FL)及骨髓(BM)基质细胞对小鼠胚胎干细胞体外诱导分化为造血干细胞的支持作用,以寻求更佳的诱导条件。 方法：将小鼠E14胚胎干细胞诱导为拟胚体(EB),并利用Transwell非接触共培养体系依次在人主动脉-性腺-中肾区、胎肝及骨髓基质细胞饲养层上进一步诱导分化,按不同诱导阶段分为拟胚体对照、EB/AGM、EB/AGM+FL和EB/AGM+FL+BM共4组。共培养6 d后分别收获各组拟胚体来源细胞,以流式细胞仪检测Sca-1+c-Kit+细胞含量,进行各系造血细胞集落形成单位分析并观察细胞形态。 结果与结论：①EB/AGM+FL组和EB/AGM+FL+BM组收获细胞涂片均发现原始造血细胞。②拟胚体来源细胞经AGM区基质细胞诱导后Sca-1+c-Kit+ 细胞明显升高(P < 0.05)。③拟胚体对照组造血细胞集落形成单位低于其他各组(P < 0.05), 而EB/AGM+FL、EB/AGM+FL+BM组造血细胞集落形成单位计数亦较EB/AGM组明显增高。提示AGM+FL和AGM+FL+骨髓基质细胞微环境对原始造血干细胞的扩增效应均明显高于单纯主动脉-性腺-中肾饲养层。     

人AGM区及胎肝基质细胞促进小鼠胚胎干细胞向造血干细胞分化和体内造血重建

目的: 探讨小鼠胚胎干细胞(ESCs)经人主动脉-性腺-中肾(AGM)区及胎肝(FL)基质细胞程序诱导后,向造血干细胞(HSCs)分化的效率及其造血功能。方法: 将E14 ESCs诱导为拟胚体(EB),并在人AGM区及FL基质细胞饲养层上进一步诱导分化,培养6 d后收集细胞检测Sca-1⁺c-Kit⁺细胞含量、分析造血细胞集落形成能力及致瘤性。再将不同诱导阶段的EB来源细胞移植经致死量 γ射线辐照的BALB/c雌鼠,观察生存率、植入状况和造血重建。结果: (1)EB来源细胞经人AGM区及FL基质细胞程序诱导后Sca-1⁺c-Kit⁺细胞含量为(21.96±2.54)%,造血集落总数为(520±52)/10⁵cells,明显优于诱导前及人AGM区基质细胞初步诱导者(P＜0.05)。(2)NOD-SCID小鼠接种经人AGM区及FL基质细胞诱导的ESCs未见畸胎瘤。(3)BALB/c雌鼠移植经人AGM区及FL基质细胞诱导的EB来源细胞后生存率77.8%,14 d外周血细胞计数明显改善,存活受鼠均检测到供体来源sry基因,而移植人AGM区基质细胞诱导的EB细胞者15 d内全部死亡。结论: 人AGM区及FL基质细胞能促进小鼠ESCs定向分化为HSCs,有效重建体内造血功能。     

含人AGM区基质细胞培养体系定向诱导胚胎干细胞为造血干细胞的实验研究

目的： 体外模拟胚胎早期AGM区造血微环境，诱导胚胎干细胞（ESCs）分化为造血干细胞（HSCs）。方法：将小鼠E14 ESCs在含BMP-4及VEGF的半固体培养基中诱导为拟胚体（EB），分别于3、6、9、12、15 d时收获EB，流式细胞术检测Flk-1+细胞含量。取Flk-1+ 细胞处于高峰期的EB细胞，在人AGM区基质细胞饲养层上进一步诱导分化，并设无饲养层对照，分别于3、6、9、12 d时收获细胞计数、流式细胞术检测Sca-1+c-kit+ 细胞含量，并分析造血细胞集落形成能力。结果：诱导E14细胞形成EB过程中添加BMP4+VEGF的因子组Flk-1+细胞在第9 d达峰值（27.53%± 2.84％），与未添加因子组（8.77%± 1.12％）比较差异显著(P<0.05)。将培养9 d的EB细胞在hAGMS3、hAGMS4饲养层上进一步诱导分化，第6 d时Sca-1+c-kit+细胞达峰值，分别为7.31%±1.21％、7.62%±1.52％，其绝对数分别扩增(2.57±0.48)倍、(2.35±0.36)倍，与无饲养层组比较显著差异（P<0.05）。该分化阶段的Sca-1+c-kit+细胞具有形成各系造血细胞集落的能力。结论：人胚早期AGM区基质细胞能促进小鼠ESCs定向分化为HSCs，为研究ESCs分化为HSCs的分子机制提供了实验模型。     

人胚胎干细胞HuES17向造血干细胞的分化

背景：人类胚胎干细胞是来源于着床前囊胚的内细胞团,能在长期培养中无限增殖并保持未分化状态,且具有分化成人体组织各种细胞类型能力的细胞。 目的：进一步验证人胚胎干细胞HuES17细胞株向造血干细胞分化的能力。 方法：人胚胎干细胞HuES17采用与人包皮成纤维细胞二维共培养的方式培养,采用人胚胎干细胞与小鼠骨髓基质细胞(OP9) 二维共培养的方法诱导胚胎干细胞向造血干细胞分化。 结果与结论：人胚胎干细胞与小鼠骨髓基质细胞(OP9) 二维共培养诱导造血分化的第四五天即开始出现OP9细胞逐渐老化,很快死亡;可以观察到人胚胎干细胞分化,然而,随着OP9细胞死亡,分化的人胚胎干细胞亦死亡,不能诱导人胚胎干细胞向造血干细胞分化。提示人胚胎干细胞HuES17细胞株可能不能向造血干细胞分化,或向造血干细胞分化的能力较低。     

AGM区来源的基质细胞促进造血干细胞扩增的体外实验研究

目的： 探讨主动脉-性腺-中肾（aorta-gonad-mesonephros，AGM）来源的基质细胞对造血干细胞（HSC）增殖的促进作用，为探寻HSC的体外扩增方法奠定实验基础。 方法： 分别从孕11 d BALB/c小鼠胚胎AGM区及6周龄小鼠骨髓分离、培养基质细胞，流式细胞仪等对基质细胞进行鉴定；利用小鼠胚胎干细胞（ESC）向造血细胞定向分化的模型，结合高增殖潜能集落（HPP-CFC）、原始细胞集落（BL-CFC）形成实验及流式细胞仪分析CD34+、CD34+Sca-1+细胞比例，对比研究AGM及骨髓基质细胞对ESC来源的HSC的扩增作用。 结果： 小鼠AGM和骨髓基质细胞在形态及表型上基本相似，均符合基质细胞的特征。AGM和骨髓基质细胞均可促进ESC来源的HPP-CFC的形成，但AGM基质细胞还可促进ESC来源的 BL-CFC的形成；流式细胞仪检测发现：在骨髓基质细胞支持下，CD34+细胞增加了3-4倍，但CD34+/Sca-1+却无明显增加；而在AGM基质细胞支持下CD34+、CD34+Sca-1+细胞均明显增加了4-5倍。 结论： AGM基质细胞在有效扩增小鼠HSC同时，能很好地维持HSC自我更新及多向分化的潜能。     

体外分化胚胎干细胞为造血干细胞重建造血功能的研究

目的：探讨体外定向分化胚胎干细胞（ESCs）为造血干细胞（HSCs）对体内造血功能的重建作用。方法：将小鼠E14.1胚胎干细胞采用“三步诱导法”在体外分化发育为HSCs，造血克隆形成(CFU)实验观察其体外造血集落形成情况，免疫磁珠分选纯化HSCs移植给经亚致死剂量γ射线照射的雌性SCID小鼠，观察其植入及小鼠造血功能恢复情况。结果: 经过分阶段诱导，多种造血刺激因子联合应用能有效促进ESCs定向分化发育为HSCs,流式细胞仪检测HSCs特异性表面标志物CD34+/Sca-1+表达最高为（58.64±4.20）%，CFU培养能形成较多的红系、粒系/巨噬细胞系及混合细胞集落, Wright-Giemsa 染色显示为原始的造血细胞。此阶段的HSCs经分选纯化后移植给经γ射线照射后的小鼠，移植组小鼠+10 d造血功能开始恢复，观察40 d后除血小板恢复较慢外，白细胞、红细胞、血红蛋白等指标已接近正常，植入率为71.4%，存活率为43.0%，染色体检测证实已由受体鼠的XX转为供体鼠的XY。结论: 采用分阶段诱导的方法，可在体外定向诱导小鼠ESCs分化发育为HSCs，此来源的HSCs可以有效重建体内造血功能。     

体外定向诱导小鼠胚胎干细胞发育为造血干/祖细胞方法的初步研究

目的:探讨体外定向诱导胚胎干细胞(ESC)发育为造血干细胞(HSC)的方法。方法:将小鼠E14胚胎干细胞在含干细胞生长因子(SCF)和血管内皮生长因子(VEGF)的甲基纤维素培养基中首先诱导发育为胚胎体(EB),再将EB置于均含SCF、VEGF、IL-3、IL-6及促红细胞生成素(EPO)的3种不同培养体系中定向分化为HSC,并观察HSC表面标志性抗原、造血集落形成及瑞氏-姬姆萨染色的结果。结果:经两阶段诱导ESC分化为HSC,发现在甲基纤维素半固体培养体系中HSC发育缓慢,分化14d后CD34+/Sca-1+细胞数最高为(31.5±4.7)%;而在骨髓基质细胞饲养层上HSC发育较快,细胞数量较多,分化第10dCD34+/Sca-1+细胞数即达到峰值,为(47.8±6.3)%;骨髓基质细胞饲养层+胎肝基质细胞上清培养体系中HSC发育同样迅速,所产生的CD34+/Sca-1+细胞数量在3个体系中最高,为(53.6±7.2)%。经瑞氏-姬姆萨染色证实上述细胞为早期造血细胞,均有形成各系造血细胞集落的能力。结论:使用骨髓基质细胞饲养层+胎肝基质细胞上清培养体系及SCF、VEGF、IL-3、IL-6及EPO等细胞因子,通过两阶段诱导分化,可从小鼠ESC获得较高比例的HSC。     

Jagged-1抑制小鼠胚胎干细胞分化为造血干/祖细胞

目的 探讨Notch信号通路在小鼠胚胎干细胞(ESC)分化为造血干/祖细胞(HSC/HPC)中的作用.方法1)体外培养小鼠拟胚体细胞(EBs),使用Jagged-1蛋白活化Notch信号通路及DAPT(γ-分泌酶抑制剂)抑制Notch信号通路.实验分为拟胚体细胞复苏组(EB组)、对照组、Jagged-1组、DAPT组和...     

小鼠胚胎干细胞饲养层培养体系的优化筛选

目的：建立小鼠胚胎干细胞饲养层培养体系。方法：用5种不同鼠胚成纤维细胞为饲养层，进行小鼠胚胎干细胞的分离培养，观察5种饲养层培养体系对小鼠胚泡发育，内细胞团增殖及胚胎干细胞分离培养的作用。结果：原代或冻存复苏后的原代培养鼠胚成纤维细胞用于制备饲养层，有利于胚泡的贴壁，孵化，内细胞团增殖形成巢式生长集落，离散后培养，可以观察到胚胎干细胞集落的出现，并可在短期内维持胚胎干细胞的正常形态，不发生分化，与其他三组有明显差异。结论：原代或冻存复苏后的原代培养鼠胚成纤维细胞饲养层是用于胚胎干细胞分离培养的有效的培养体系。     

人脐血间充质干细胞移植修复骨髓造血损伤

文题释义：间充质干细胞：是一种多功能干细胞,由胚胎发育早期的中胚层发展而来,存在于人的各种组织、器官中,如骨、软骨、脂肪、外周血和肌肉等。骨髓组织中的间充质干细胞最多,但其在骨髓细胞中的比例仍很低,只有0.01%-1.00%,且年龄越大其含量越少,骨髓中的间充质干细胞分化能力也呈下降趋势。与骨髓相比,脐血中所含的间充质干细胞更加原始,因而有更强的增殖、分化能力。相较于骨髓间充质干细胞而言,人脐血间充质干细胞具有来源广泛、取材方便、无伦理方面的限制,使得人脐血间充质干细胞成为再生医学中的另一重要来源。骨髓造血损伤动物模型：建立骨髓造血损伤动物模型的方法有很多,主要分为物理方法、化学方法及物理化学方法等。物理方法包括各种射线,如X射线等,化学方法主要指以环磷酰胺为代表的烷化剂类化疗药物,而物理化学方法也叫混合性方法,联合应用放射线和化疗药物建立动物模型。  摘要背景：大多数研究间充质干细胞体外培养对造血干细胞的增殖作用和骨髓间充质干细胞移植可降低辐照引起的造血细胞死亡,增加骨髓细胞存活,修复造血功能,而少有研究人脐血间充质干细胞移植对骨髓造血损伤的修复。目的：探讨人脐血间充质干细胞对骨髓造血微环境的修复情况。方法：选用雄性BALB/c小鼠随机分为3组,实验组和对照组小鼠进行总剂量为6 Gy的X射线全身照射,建立骨髓造血损伤模型,正常组为未经处理的正常小鼠。实验组小鼠照射当天经尾静脉输入CM-DiL标记的人脐血间充质干细胞5×10⁶/只(0.2 mL),对照组和正常组经尾静脉输入生理盐水0.2 mL,移植后第1,5,7,14,21天观察外周血血象恢复情况和骨髓造血微环境修复情况。结果与结论：①外周血常规：移植后第1,5,7天,实验组和对照组小鼠与正常组小鼠比较,白细胞、血小板、红细胞计数及血红蛋白浓度进行性下降,第7天下降最为明显,移植后第14天三系较前有所恢复,移植后第21天基本恢复正常,与实验组相比,对照组三系下降更为明显,移植后第14天实验组较对照组恢复快;②骨髓涂片情况：移植后第1,5,7,14天实验组及对照组小鼠骨髓出现造血功能抑制,以第7天最为明显,移植后第14天骨髓增生较前有所恢复,实验组优于对照组;移植后第21天实验组及对照组小鼠骨髓造血功能恢复,与正常组相比无差异;③骨髓病理切片情况：移植后第1,5,7,14天实验组及对照组小鼠骨髓出现造血功能抑制;移植后第14天实验组及对照组小鼠的骨髓造血功能较前开始恢复,实验组小鼠的骨髓增生情况优于对照组小鼠, 移植后第21天实验组及对照组小鼠骨髓增生情况与正常组比较无差异;④结果表明,人脐血间充质干细胞对骨髓造血功能恢复均有明显促进作用。ORCID: 0000-0002-7547-9664(高坤莉) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞;骨髓干细胞;造血干细胞;脂肪干细胞;肿瘤干细胞;胚胎干细胞;脐带脐血干细胞;干细胞诱导;干细胞分化;组织工程     

骨髓腔内途径脐血与间质干细胞共移植对造血重建的实验研究

目的：探讨骨髓腔内输注（IBM）脐血与间质干细胞（MSCs）对大鼠造血重建、骨髓MSCs恢复的影响，并研究供体MSCs植入状态以探讨MSCs的作用机制。方法：BrdU标记F344大鼠骨髓MSCs通过双侧胫骨IBM或尾静脉注射（IV）与胎鼠及新生大鼠外周血（FNPB）共移植Wistar雌鼠。监测受鼠存活状况、造血免疫重建、HSCs植入水平及骨髓MSCs恢复情况，并以免疫荧光法检测受鼠骨髓MSCs的来源。结果：(1)2个共移植组60 d存活率均为100%，单纯FNPB移植组仅为66.7%。(2)共移植组的外周血象、骨髓造血干祖细胞集落产率明显高于单纯FNPB移植组，尤以骨髓腔共移植组最佳。(3)2个共移植组的HSCs植入水平无统计学差异，而骨髓腔共移植组明显高于单纯FNPB移植组（P＜0.05）。(4)30 d时各移植组MSCs的增殖能力未达正常水平，但仍以骨髓腔共移植组的恢复情况最佳（P＜0.05）。(5)仅少部分受体可发现供、受体源性MSCs嵌合。 结论：脐血与MSCs共移植可促进受体骨髓MSCs恢复和造血重建，提高HSCs植入率；IBM途径应用安全，促进造血恢复的作用优于IV途径。     

Microencapsulated feeder cells as a source of soluble factors for expansion of CD34(+) hematopoietic stem cells

Expansion of hematopoietic stem cells (HSCs) from cord blood is highly desired for treatment and transplantation of adult patients for hematologic diseases. For efficient proliferation of HSCs, CD34(+) cells from cord blood were co-cultured with microencapsulated murine stromal cells (HESS-5) or immortalized human mesenchymal stem cells (MSCs) in their conditioned media (CM). Bioactive substances for HSC proliferation in CM at the onset of culture are likely consumed by HSCs with time, and co-culturing with microencapsulated feeder cells ensures a continuous supply. The cell number of CD34(+) cell progeny efficiently increased under these culture conditions, and progeny were analyzed by flow cytometry, the colony assay and the cobblestone area-forming cell (CAFC) assay. Total nucleated cells and CD34(+) cell number increased 194- and 7.4-fold, respectively, in the presence of microencapsulated HESS-5 in CM. Colony forming cells and CAFCs were well maintained. The effective expansion of total cells and maintenance of primitive progenitor cells suggest that transfusion of the progeny obtained from CD34(+) cell culture with microencapsulated HESS-5 in CM could shorten the time to engraftment by bridging the pancytopenic period and support functional hematopoietic repopulation.     

Mouse hematopoietic stem cells, unlike human and mouse embryonic stem cells, exhibit checkpoint-apoptosis coupling

Previously, we reported that the spindle assembly checkpoint (SAC), which is coupled in somatic cells, is uncoupled from apoptosis-initiation in mouse and human embryonic stem cells (ESCs). This condition allows ESCs to tolerate and proliferate as polyploidy/aneuploid cells. Proper function of the SAC is vital to prevent polyploidy/aneuploidy during ex vivo hematopoietic stem cell (HSC) expansion. Here we address, for the first time, whether HSCs are more like ESCs or somatic cells with respect to SAC-apoptosis coupling. Using multiparametric permeablized cell flow-cytometric analysis to identify and analyze the mouse sca 1(+)/c-kit(+)/lin(-) (LSK) population, we found the mitotic spindle checkpoint to be functional in primary murine LSK cells, a population enriched in primitive hematopoietic stem/progenitor cells, after prolonged activation of the SAC by microtubule-depolymerizing agents such as nocodazole. HSCs can efficiently initiate apoptosis after activation of the SAC in LSK cells as indicated by increased hypodiploidy and increased levels of activated caspase 3, suggesting that HSCs behave more like somatic cells instead of ESCs with respect to this important cell cycle checkpoint. We conclude that mouse HSCs are not subject to the same kinds of chromosomal instability as are ESCs, knowledge that might aid in optimizing in vitro culture and expansion of human bone marrow or cord blood HSC for clinical applications.     

Immunophenotype and functional characteristics of human primitive CD34-negative hematopoietic stem cells: the significance of the intra-bone marrow injection

The biology of hematopoietic stem cell (HSC) is a current topic of interest which has important implications for clinical HSC transplantation as well as for the basic research of HSC. The most primitive HSCs in mammals, including mice and humans, have long been believed to be CD34 antigen (Ag)-positive (CD34(+)) cells. In fact, bone marrow (BM), peripheral blood (PB), and cord blood (CB) stem cell transplantation studies indicate that a CD34(+) subpopulation in the BM, PB, or CB can provide durable long-term donor-derived lymphohematopoietic reconstitution. Therefore, CD34 Ag was used to identify/purify immature HSCs. However, Osawa et al. reported that murine long-term lymphohematopoietic reconstituting HSCs are lineage marker-negative (Lin(-)) c-kit(+)Sca-1(+)CD34-low/negative (CD34(low/-)), which are called CD34(low/-) KSL cells. Recently, human CB-derived CD34(-) HSCs, a counterpart of murine CD34(low/-) KSL cells, were successfully identified using an intra-bone marrow injection (IBMI) method. This review will update the concept of the immunophenotype and the functional characteristics of human primitive CD34(-) HSCs. In addition, the significance of the application of the IBMI technique in clinical HSC transplantation is also discussed. Recent rapid advances in understanding the biological nature of HSCs may make it possible to fully characterize the most primitive class of human HSCs in the near future.