使用可注射生物材料和静脉异种移植在人类化支架中实现急性髓性白血病的稳健移植

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急性髓性白血病 生物材料 异种移植 骨髓微环境 胶原蛋白 小鼠模型 患者来源异种移植

急性髓性白血病（AML）在人类化支架中的稳健移植研究

背景介绍

急性髓性白血病（AML）是一种恶性血液疾病，其治疗和研究一直面临巨大挑战。患者来源的异种移植模型（PDX）是研究AML的重要工具，但现有的PDX模型存在复杂性高、操作繁琐等问题，限制了其广泛应用。为了解决这些问题，研究人员尝试通过植入人类化微环境（humanized niche）来改进PDX模型。然而，现有的方法通常需要复杂的操作步骤和特定的生物材料，导致其难以被广泛采用。

本研究旨在通过简化操作流程、优化生物材料选择和移植方法，建立一种更简便、更稳健的AML PDX模型。研究人员希望通过这种方法，能够更好地模拟AML在人体内的生长环境，从而为AML的研究和治疗提供更可靠的实验平台。

论文来源

本论文由来自捷克共和国马萨里克大学（Masaryk University）医学院的Daniel Busa、Zdenka Herudkova、Jan Hyl等研究人员共同完成。研究团队还包括来自布尔诺大学医院（University Hospital Brno）和捷克技术大学（Brno University of Technology）的多个研究机构的专家。论文于2025年发表在《Molecular Oncology》期刊上，DOI为10.1002⁄1878-0261.13790。

研究流程与结果

1. 生物材料的比较与选择

研究的第一步是评估不同生物材料在形成人类化骨髓微环境（bone marrow niche）方面的潜力。研究人员测试了七种不同的生物材料，包括商业化的β-磷酸三钙（β-TCP）陶瓷颗粒、三种不同来源的细胞外基质（ECM）凝胶、以及学术团队开发的胶原-羟基磷灰石（collagen-hydroxyapatite, HA）基质和胶原纤维。

实验步骤：

  • 生物材料制备：每种生物材料与人类骨髓间充质干细胞（MSCs）混合后，通过手术或注射方式植入免疫缺陷小鼠体内。
  • 支架形成评估：在植入后8周，研究人员通过组织学检查和图像分析评估支架中骨组织和骨髓微环境的形成情况。

结果：

  • 骨组织形成：所有材料均能在支架中形成骨组织，但不同材料的成功率有所不同。β-TCP陶瓷颗粒和胶原-HA基质的骨形成成功率最高。
  • 骨髓微环境形成：ECM凝胶和胶原-HA纤维在形成骨髓微环境方面表现最佳，能够支持小鼠造血细胞的生长。

2. AML移植效果评估

在确定了最佳生物材料后，研究人员进一步评估了这些材料对AML移植效果的影响。研究人员选择了四种生物材料（β-TCP陶瓷颗粒、Sigma ECM凝胶、胶原-HA基质和胶原-HA纤维），并将两种已知在未处理小鼠中易于移植的AML样本植入这些支架中。

实验步骤：

  • AML移植：将AML细胞通过静脉注射（i.v.）或直接注射到支架中（i.sc.）进行移植。
  • 移植效果评估：通过流式细胞术和组织学分析评估AML细胞在支架和小鼠骨髓中的移植效果。

结果：

  • AML移植效果：所有生物材料均能支持AML细胞的完全浸润，且不同材料之间的移植效果无显著差异。
  • 原始AML细胞比例：在支架中，AML细胞的原始CD34+细胞比例较高，表明支架能够更好地维持AML细胞的原始状态。

3. 移植途径的比较

研究人员还比较了三种不同的AML移植途径：静脉注射（i.v.）、直接支架内注射（i.sc.）以及将AML细胞与支架混合物同时植入（mix）。结果显示，静脉注射途径在支架和小鼠组织中均能产生最稳健的AML移植效果，而直接支架内注射并未显示出明显优势。

结果：

  • 静脉注射的优势：静脉注射途径能够支持AML细胞在支架和小鼠骨髓中的广泛分布，且操作简便。
  • T细胞扩增问题：在直接支架内注射和混合移植途径中，研究人员观察到T细胞的扩增，这可能影响AML细胞的移植效果。

4. 支架形成的优化

为了缩短支架形成时间，研究人员还评估了不同时间点（4周、6周和8周）的支架形成情况。结果显示，6周的支架形成时间足以支持骨髓微环境的形成，而4周的时间则不足以形成有效的骨髓微环境。

结果：

  • 6周支架形成：6周的支架形成时间能够支持骨髓微环境的形成，且与8周的效果相当。
  • BMP-2的增强作用：在支架形成过程中添加骨形态发生蛋白2（BMP-2）能够显著增加支架的大小和骨髓微环境的形成。

5. 非移植性AML样本的移植

最后，研究人员测试了支架是否能够支持非移植性或低移植性AML样本的移植。结果显示，静脉注射途径能够支持2/4的非移植性AML样本的移植，而直接支架内注射仅能支持1/4的样本。

结果：

  • 静脉注射的成功率：静脉注射途径在支持非移植性AML样本方面表现出更高的成功率。
  • T细胞扩增的挑战：在直接支架内注射途径中，T细胞的扩增可能导致AML移植失败。

结论与意义

本研究通过简化操作流程、优化生物材料选择和移植方法，成功建立了一种简便且稳健的AML PDX模型。研究结果表明，静脉注射途径是最有效的AML移植方法，而ECM凝胶和胶原-HA纤维是最佳的生物材料选择。此外，研究还发现，添加BMP-2能够显著增强支架的形成效果。

这项研究的科学价值在于为AML的研究提供了一个更可靠的实验平台，能够更好地模拟AML在人体内的生长环境。其应用价值在于为AML的治疗和药物筛选提供了更高效的实验工具。

研究亮点

  • 简化操作流程：本研究通过优化生物材料选择和移植方法，显著简化了AML PDX模型的建立流程。
  • 静脉注射的优势：研究证实静脉注射途径在AML移植中的优越性，为未来的研究提供了重要参考。
  • BMP-2的增强作用：添加BMP-2能够显著增强支架的形成效果，为支架的优化提供了新的思路。