PNAS：從骨髓中發現罕見干細胞的新技術

　　在骨髓深處存在一種細胞稱為骨髓間充質干細胞（MSCs）。這些未成熟的細胞可以分化成產生骨骼、軟骨、脂肪或肌肉的細胞，科學家一直試圖將這個特征用于組織修復。

　　在一項有望讓這種干細胞療法開發更加容易的最新研究中，來自麻省理工學院（MIT）和新加坡-麻省理工學院學術聯盟（SMART）的一個研究小組，已經確定了MSCs的三個物理特性，利用這些特性，可以將其與骨髓中存在的其他免疫細胞區分開來。基于這些信息，他們計劃制造一種能夠快速分離MSCs的設備，使我們更容易地產生足夠干細胞用于患者治療。相關研究結果發表在2014年10月8日的《PNAS》雜志。

　　直到現在，仍然還沒有很好的方法，能夠從已經開始分化成其他細胞類型、但是細胞表面共有相同分子的骨髓細胞中分離MSCs。本文資深作者、MIT材料科學與工程、生物工程學副教授Krystyn Van Vliet說，這可能就是為什么不同實驗室的研究結果有所差異，以及為什么現在干細胞療法在臨床試驗中不那么有效的一個原因。

　　Van Vliet說：“有些你正在使用和召集干細胞的細胞，正在產生有益的治療效果，但是你使用的許多細胞并非如此。我們的方法提供了一種方式，來凈化或高度富集這個細胞群中的干細胞。現在你可以大海撈針，并將它們用于人類治療。”

　　本文第一作者W.C. Lee是新加坡國立大學和SMART畢業的研究生，另外一位共同第一作者Hui Shi以前是SMART的博士后。

　　物理標記

　　MSCs只占骨髓細胞的很小一部分。其他未成熟的細胞包括成骨細胞，它們已經開始發育為軟骨或骨生成細胞。

　　目前，研究人員試圖根據存在于細胞表面的蛋白標志物來分離MSCs。然而，這些標志物并不是MSCs特有的，也可以產生其他類型更分化的未成熟細胞。

　　Lee說：“傳統的細胞表面標志物，常被用來從人骨髓中分離不同類型的干細胞，但是它們缺乏足夠的‘分辨率’來區分具有不同功能的間充質干細胞亞群。”

　　研究人員開始尋找多潛能性（multipotency）——能夠變成許多不同細胞類型的能力——的生物物理標志物。

　　他們首先懷疑，細胞大小可能是一個因素，因為胎兒骨髓干細胞——往往具有較高比例的MSCs——通常直徑較小。

　　為了驗證這一假設，研究人員使用Han以前開發的一種裝置，根據腫瘤細胞的大小來捕捉循環的腫瘤細胞。他們根據大小分離骨髓細胞，發現較大細胞中沒有一個是多能細胞，并非所有的較小細胞都具有多能性，所以僅僅憑大小不能區分MSCs。

　　在對其他幾個物理性狀進行測量之后，研究人員發現有兩個性狀，可以與大小相結合，將MSCs與其他干細胞完全區分開來，這兩個性狀是：細胞的剛度和細胞核膜的波動度。

　　Van Vliet說：“你不需要比這三個性狀更多，但是你也不能少于這三個性狀。現在我們有三個一組的特征，可識別將會具有多能性的細胞群，與只會成為骨骼或軟骨細胞的細胞群。”

　　Van Vliet說，這些特征似乎與我們已經知道的干細胞特征一致。與已經致力于其最終命運的細胞相比，未成熟的細胞其遺傳物質在細胞核內來回運動，產生更多的核細胞膜波動。與高度分化的細胞相比，干細胞也具有剛性較小的細胞骨架結構（至少在其粘附在玻璃這樣的材料上時），從而使那些粘附的細胞似乎不那么僵硬。

　　更好的再生

　　然后，研究人員在小鼠中檢測了分離的MSCs的再生能力。他們發現，這些細胞能夠幫助修復肌肉和骨損傷，而被確定為成骨間質細胞的細胞，能夠修復骨骼，而不是肌肉。

　　Lee說：“我們首次提供證據表明，間充質干細胞亞群可以被識別，并高度濃縮用于骨生長和肌肉修復。我們設想，這種方法對用于一系列組織退行性病變患者組織修復的骨髓干細胞的選擇和純化，也很重要。”

　　現在，該研究小組正致力于MSCs分離的高速方法。制備此類細胞的更純細胞群，應該會為組織修復帶來更有效的干細胞療法。

　　Van Vliet和Poon也希望對這項研究中分離出的骨原細胞，開展一項臨床試驗，可能對治療骨損傷有用。