Nat BME:作为一种造血功能障碍的体外模型，骨髓芯片可作为研究骨髓病理生理学的人特异性替代动物试验。
2020-07-15 MedSci原创 MedSci原创
活体骨髓的不可获得性阻碍了其在药物、辐射或基因突变引起的骨髓毒性应激下的病理生理学研究。如何建立人体骨髓病理生理学的有效临床试验前模型成为一大热点。
人类骨髓 (bone marrow，BM) 是所有成人血细胞的起源地，骨髓损伤和功能障碍常会导致患者发病和死亡。BM损伤通常是由于其高细胞增殖率而引起的药物和辐射相关毒性以及在各种遗传疾病中起着重要作用的造血功能异常，包括先天性BM衰竭综合征。虽然这些异常可以通过监测外周血细胞计数来诊断和处理，但在这些疾病状态下，直接针对的是骨髓造血细胞的增殖和分化。除了侵入性活检外，目前还没有方法研究人类患者随时间变化的原位反应。
本文介绍了一种血管化人骨髓芯片（BM-on-a-chip，BM-chip），它能支持多个血细胞系在4周内的分化和成熟，同时能提高CD34+细胞的维持能力。该芯片主要由一个充满纤维蛋白凝胶的流体通道，一个由人血管内皮细胞内衬并灌注培养基的平行通道以及一个将两个通道分开的多孔膜组成，其中CD34+细胞和BM来源的基质细胞在流体通道中共同培养。此外，本文还概述了BM损伤的各个方面，包括接触与临床相关的化疗药物和电离辐射后的骨髓红细胞毒性以及药物诱导骨髓抑制后骨髓细胞的恢复。
方法：设计一种双通道微流控器官芯片培养装置。上面的“造血”通道充满了人CD34+细胞和骨髓间充质干细胞形成纤维蛋白凝胶，而底部的‘血管’通道则由人脐静脉内皮细胞(HUVECs)组成。BM芯片完全通过血管通道灌流，使用支持祖细胞的细胞因子(干细胞因子、FLT 3配体和血小板生成素)以及粒细胞集落刺激因子和促红细胞生成素来驱动骨髓红系分化。结果表明，与静态悬浮模型和三维凝胶培养模型相比，具有动态流动的BM芯片在体外增加了造血输出，改善了骨髓红系祖细胞的数量和功能。
结论：血管化的人骨髓细胞芯片代表了一种新的体外人类造血临床试验前期模型，它重现了许多临床相关的BM病理生理学特征，从而能应对临床相关的药物和电离辐射以及基因突变。
Chou D B ， Frismantas V ， Milton Y ， et al. Author Correction： On-chip recapitulation of clinical bone marrow toxicities and patient-specific pathophysiology[J]. Nature Biomedical Engineering， 2020， 4(4).
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