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埃默里大学医学院的干细胞研究人员已经朝着为血管进行持久的“修复填缝”取得了进展。该研究可以形成治疗外周动脉疾病的基础,该疾病源自患者自身的细胞。

由Young-sup Yoon,医学博士,博士领导的研究小组开发了一种新的方法,用于从人类诱导的多能干细胞产生内皮细胞,这些内皮细胞构成血管内层。当内皮细胞被支持性凝胶包围并植入血管受损的小鼠,它们成为动物血管的一部分,存活超过10个月。

“在找到最好的凝胶之前,我们尝试了几种不同的凝胶,”Yoon说。“这是我的梦想成真的部分:内皮细胞真正有助于内源性血管。当我向现场人员展示这些结果时,他们会说'哇'。”

以前试图在其他地方达到同样的效果他说,虽然这些研究主要使用成体干细胞,如间充质干细胞或内皮祖细胞,但植入的细胞只持续了几天到几周。

“当细胞自行植入时,其中许多细胞很快死亡,主要的治疗效果来自它们分泌的生长因子,”他补充道。“当这些内皮细胞以凝胶形式递送时,它们受到保护。

Yoon是埃默里大学医学院的医学(心脏病学)教授,佐治亚理工学院和埃默里的Wallace H. Coulter生物医学工程系。该论文的第一作者是博士后研究员Shin-Jeong Lee博士,他现在在首尔延世大学医学院接受联合任命。

诱导多能干细胞(iPSCs)可以通过使用称为Yamanaka因子的基因或蛋白质的组合重新编程皮肤或血细胞来产生,该基因或蛋白质以2012年诺贝尔奖获得者Shinya Yamanaka命名。Yoon的实验室从iPSC开始,引导它们成为中胚层,胚胎细胞变成肌肉和血液,然后利用生长因子将它们引导成为内皮细胞。研究人员使用磁分选系统分离出纯内皮细胞,这种细胞在显微镜下具有“鹅卵石样”的外观,可以在培养中形成管状结构。

“其他团体以前做过这类事情,但重点是我们使用的所有培养成分都与临床应用相容,”Yoon说。

科学家们还设计了一种凝胶来模仿细胞外基质的支持作用。当被凝胶包裹时,细胞可以承受由过氧化氢造成的氧化应激,从而杀死未受保护的细胞。凝胶是可生物降解的,在几周内消失。

科学家通过将这些细胞注射到后肢缺血(腿部血流受限)的小鼠身上来测试包裹细胞的效果,这是一种外周动脉疾病的模型。

4周后,植入凝胶包裹的内皮细胞的小鼠的血管密度最高。小鼠是“裸的”,意思是遗传上免疫缺陷,促进人体细胞的接受。

科学家们发现,植入的细胞会产生促血管生成和血管生成因子。此外,凝胶的保护增强并延长了细胞直接对血管有贡献的能力。为了使植入的细胞可视化,预先用红色染料标记它们,而通过将绿色染料注入活体动物来标记功能性血管。植入细胞并入血管,最高掺入度发生在10个月(见图)。

接下来,Lee和Yoon正在试验凝胶包裹的淋巴管内皮细胞(如2015年科学报告论文中所描述的那样)作为潜在的伤口修复辅助或治疗淋巴水肿,这是癌症治疗的常见副作用。Yoon的实验室还在心脏病发作模型中测试内皮细胞加凝胶的潜在益处。

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