科學家們創建了人類血液干細胞發展的第一個綜合路線圖

領導這項研究的Hanna Mikkola博士表示，這項研究可以幫助擴大對白血病等血癌和鐮狀細胞病等遺傳性血液疾病的治療選擇。

血液干細胞也被稱為造血干細胞，具有無限復制自身的能力，另外還能分化為人體中的每一種血細胞。幾十年來，醫生已經將來自捐贈者骨髓和新生兒臍帶的造血干細胞用于血液和免疫疾病的救生移植治療。然而，這些治療受到匹配捐贈者短缺的限制并受到臍帶血中干細胞數量少的阻礙。

研究人員試圖克服這些限制，以嘗試在實驗室中用人類多能干細胞創造造血干細胞，這些細胞有可能產生體內的任何細胞類型。但成功一直遙遙無期，部分原因是科學家們缺乏使實驗室培育的細胞分化為自我更新的血液干細胞，而不是短命的血液祖細胞的指令，后者只能產生有限的血細胞類型。

Mikkola是加州大學洛杉磯分校學院分子、細胞和發育生物學教授，也是加州大學洛杉磯分校Jonsson綜合癌癥中心的成員。他指出：“沒有人成功地從人類多能干細胞中制造出功能性血液干細胞，因為我們對我們試圖生成的細胞沒有足夠了解。”

加州大學洛杉磯分校的科學家Vincenzo Calvanese表示，新路線圖將幫助研究人員了解這兩種細胞類型之間的根本差異，這對于創造適合用于移植療法的細胞至關重要，他跟加州大學洛杉磯分校的Sandra Capellera-Garcia和Feiyang Ma都是這項研究的共同第一作者。

Calvanese說道：“我們現在有一本關于造血干細胞如何在胚胎中制造以及它們如何獲得使它們對病人有用的獨特特性的手冊。”他也是倫敦大學學院的一個小組負責人。

該研究小組包括來自德國圖賓根大學和澳大利亞默多克兒童研究所的科學家，他們利用單細胞RNA測序和空間轉錄組學創建了該資源，而這些新技術使科學家能夠識別成千上萬個單個細胞的獨特基因網絡和功能，另外還揭示了這些細胞在胚胎中的位置。

這些數據使我們有可能跟蹤造血干細胞，因為它們從造血內皮中出現并在發育過程中通過不同的位置遷移--從主動脈開始并最終到達骨髓。重要的是，該地圖揭示了它們成熟過程中的特定里程碑，其中包括它們到達肝臟，在那里它們獲得了造血干細胞的特殊能力。

為了解釋成熟過程，Mikkola將未成熟的造血干細胞比喻為有抱負的外科醫生。正如外科醫生需要經過不同階段的訓練來學習如何進行手術一樣，未成熟的造血干細胞必須通過不同的位置來學習如何完成他們作為造血干細胞的工作。

該研究小組還確定了血管壁中產生造血干細胞的確切前體。這一發現澄清了長期以來關于干細胞的細胞來源和制造造血干細胞而非造血祖細胞所需環境的爭議。

現在，研究人員已經確定了跟人類造血干細胞發展的不同階段相關的特定分子特征，科學家們可以利用這一資源來了解他們在實驗室中制造可移植的造血干細胞的程度。

“以前，如果我們試圖從一個多能細胞中創造一個造血干細胞，但它沒有移植，我們就不知道我們在這個過程中哪里失敗了。現在，我們可以把細胞放在我們的路線圖中，看看我們在哪里成功、哪里不足并根據胚胎的指示微調分化過程，”Mikkola說道。

此外，該地圖可以幫助科學家了解在胚胎中發育的造血細胞是如何對人類疾病作出貢獻的。如它為研究為什么一些在子宮內開始的血癌比出生后發生的血癌更具侵略性奠定了基礎。

Mikkola表示：“現在我們已經創建了一個在線資源，世界各地的科學家可以用它來指導他們的研究，真正的工作開始了。在這個領域，這是一個非常令人興奮的時刻，因為我們終于要看到我們的勞動成果了。”