科學家們利用透明的斑馬魚和先進的成像技術，首次直接觀察了造血干細胞在體內(nèi)扎根的過程，這項研究發(fā)表在本周的Cell雜志上。波士頓兒童醫(yī)院的研究人員在這篇文章中描述了一個驚人的動態(tài)系統(tǒng)，有助于改善癌癥、嚴重免疫缺陷和血液疾病患者的骨髓移植。

“我們的成像研究揭示了一系列可以成為靶標的步驟，理論上我們可以開發(fā)藥物影響其中的任何一步。”文章的資深作者Leonard Zon說。

“迄今為止，干細胞和骨髓移植還是比較神秘的過程。我們將細胞引入患者體內(nèi)，然后檢測到血液系統(tǒng)的恢復，但我們并不清楚這其中究竟發(fā)生了什么，”文章的共同第一作者Owen Tamplin博士說。“現(xiàn)在我們可以真正看到這一過程中的各個階段。”

血液系統(tǒng)的起源

已知造血干細胞來自于主動脈中的細胞，這些干細胞在機體中循環(huán)，直到找到干細胞巢（nich）為造血做好準備。研究人員在透明的斑馬魚胚胎中將造血干細胞標記為綠色，然后通過延時成像揭示了干細胞巢的形成過程。

新生的造血干細胞到達干細胞巢（斑馬魚尾部）之后，就會粘附到血管壁上?；瘜W信號幫助它們穿過血管壁，到達血管外的特定位置。“在那里有許多細胞開始和造血干細胞互作，”Zon說。

附近的血管內(nèi)皮細胞將造血干細胞包裹起來，“這是讓干細胞在‘巢穴’中感到快樂的第一步，就像是母親擁抱。”這時造血干細胞接觸到附近的基質(zhì)細胞或滋養(yǎng)細胞，這些細胞能幫助干細胞保持粘附。干細胞緊緊抓住滋養(yǎng)細胞，就像嬰兒粘上自己的母親。

研究人員通過一系列共聚焦顯微鏡和電鏡圖片，在斑馬魚中重現(xiàn)了這一過程，構建了干細胞、內(nèi)皮細胞和基質(zhì)細胞組成的完整3D結構。“這是首次在高分辨率水平上，對干細胞與干細胞巢的互作進行活體成像，”Zon說。

最后，簇擁在一起的干細胞開始分裂。它們會一個個離開干細胞巢，到達最終的造血位點（斑馬魚的腎臟）。研究人員在小鼠中進行了類似的成像研究，發(fā)現(xiàn)哺乳動物的造血干細胞也經(jīng)歷了差不多的過程。在人類中，造血干細胞的最終居所是骨髓。

Zon等人希望在此基礎上改善骨髓移植。他們在大量斑馬魚胚胎中進行了化學篩選，發(fā)現(xiàn)石蒜堿（lycorine）能促進造血干細胞與干細胞巢的互作，生成更多的造血干細胞。