可注射的海绵状凝胶增强了T细胞的数量和质量

骨髓移植，也称为造血干细胞移植，是治疗侵袭性疾病(如白血病和多发性骨髓瘤)和感染(如HIV)的挽救生命的治疗方法。该过程需要将来自匹配供体的血液干细胞输注到患者体内以“重置”血液和免疫系统。

免疫细胞从存在于骨髓中的血液干细胞发育而来。为了治疗疾病并防止患者的身体排斥移植的细胞，患者需要进行强化调节，包括给予化学疗法和放射疗法。然而，预处理方案也显着损害了骨髓中正常细胞的功能，因此损害了它们再生免疫系统的能力。这包括产生T细胞的能力降低，并导致长期的移植后免疫缺陷，增加机会性传染病和免疫并发症如移植物抗宿主病的风险。

现在，哈佛的工程师和干细胞生物学家开发了一种可注射的海绵状凝胶，可以增强骨髓移植后生产的T细胞，增加免疫系统这些关键组分的数量和多样性。这种生物工程装置可以在移植的同时注射到皮肤下，以帮助骨髓移植后恢复免疫系统。

该研究发表在Nature Biotechnology上。

“T细胞缺乏和功能障碍是一种威胁生命的挑战，特别是在移植环境中，”杰拉德和达琳娜医学教授兼哈佛干细胞研究所联合主任大卫斯卡登说。纸。“我们的研究证明了一种简单易用，现成的解决方案，可以增强干细胞移植后的T细胞再生。”

“我们已经证明，在体内创建细胞工厂的想法可以用于再生医学的干细胞环境中，”David Mooney说，他是哈佛大学John A. Paulson学院生物工程的Robert P. Pinkas家庭教授。工程与应用科学，以及该论文的共同高级作者。

Mooney还是哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的核心教员。

以前关于在骨髓移植后重新激活免疫系统的研究主要集中在改善胸腺的功能，胸腺是T细胞生产所必需的器官。Mooney，Scadden和他们的团队专注于骨髓，这是血液干细胞的家园，并设计了一种方法来扩展迁移到胸腺的细胞，最终产生新的T细胞。这些被称为常见淋巴祖细胞的细胞是在骨髓中制造的。

“我们的目标是通过创造一个像骨髓一样的小环境来增强这些细胞的生产，这些细胞就像生产T细胞的铸造厂的入门产品，”Scadden说。

利用穆尼实验室开发的用于提供细胞指导线索的生物材料的开创性研究，研究人员设计了一个海绵状细胞工厂，具有允许细胞进出的大孔。海绵有两种内置蛋白质，一种可以募集外部细胞，另一种可以产生T细胞祖细胞。第一种称为骨形态发生蛋白2，募集局部细胞并促使它们成为骨细胞。一旦海绵类似于血管骨髓，第二蛋白鼓励生活在产生的T细胞的祖细胞的装置中的血液干细胞。

当研究人员在接受造血干细胞移植的小鼠中测试该装置时，他们发现用支架治疗的小鼠与没有接种造血干细胞的小鼠相比，可以更快地产生T细胞。

“我们还发现，我们不仅提高了移植后这些T细胞形成的速度，而且还增加了形成的T细胞类型的多样性，”前博士后研究员，主要作者Nisarg Shah说。在论文上，他现在是加州大学圣地亚哥分校的教员。“因此，我们不仅在改善T细胞的数量，而且还可能改善病原体识别能力和保护的广度。”

研究人员还发现，在植入支架的小鼠中，移植物抗宿主病的频率显着降低，其中供体细胞可能攻击患者的健康组织和器官。

“这里的前景令人兴奋，”明尼苏达大学血液和骨髓移植科小儿科教授Bruce Blazar说，他没有参与这项研究。“造血干细胞移植的一个主要限制是接受者无法快速再生T细胞以产生针对外来抗原的免疫反应。使用基于生物材料的冷冻凝胶支架，Shah，Mooney和Scadden博士提供了一条途径通过提供可植入的3-D系统和用于募集支持细胞和诱导T细胞谱系命运和分化的关键配体来解决这一障碍，从而改善小鼠或人类细胞转移后的T细胞恢复。

接下来，研究人员的目标是扩大研究范围，使其适用于临床环境。

“最终的目标是将其变成医生可以开处方和使用的产品，”斯卡登说。

“这是一项非常好的研究，其中作者开发了一种新型凝胶，该凝胶易于给药，同时具有增强造血干细胞移植后T细胞再生的能力，”化学工程教授Robert Langer说。麻省理工学院没有参与这项研究。“我希望通过进一步的工作，这可能成为一种有用的治疗方法。”