2022年10月21日/医麦客新闻 eMedClub News/--器官移植的主要障碍之一是建立同种异体移植物的免疫耐受。免疫抑制药物虽能在一定程度上预防移植物排斥反应，但其作用有限、短暂，且副作用严重。诱导胸腺中枢对同种异体移植物的耐受仍然具有挑战性，主要是因为在体外维持供体胸腺上皮细胞并进行生物工程改造十分困难。
同时，不管何种医学研究，都需先进行临床前研究确认其安全性、有效性后，才能被允许在志愿者身上进行更进一步的临床研究。
造血人源化 (hu) 小鼠（也称为移植了人类造血干细胞的免疫缺陷小鼠）就是一种强大的临床前模型，用于研究人类免疫反应和疾病，例如癌症和 COVID-19。然而，在 hu 小鼠中模拟人类T细胞免疫一直具有挑战性，主要是因为 hu 小鼠缺乏人类胸腺——负责 T 细胞生成和分化的主要淋巴器官。
尽管人源化小鼠胸腺可以为人类 T 细胞发育提供有限的支持，但在小鼠胸腺中产生的人类 T 细胞不能正常地与其他人类免疫细胞结合，因此无法产生有效的免疫反应。现有的唯一解决方案是将人类胎儿胸腺移植到 hu 小鼠体内，但这种方法受到伦理问题和组织稀缺的阻碍。使用可再生细胞来源，如诱导多能干细胞(iPSCs)，生成人工人类胸腺，将使在小鼠中构建功能性人类T细胞室成为可能，并扩大该模型在生物医学研究和药物发现中的应用。
百吉生物正在招聘质粒工程师，月薪1w左右，点击查看>>>
以iPSC为源，在小鼠体内建立类人胸腺
鉴于此，卡内基梅隆大学Yong Fan等人描述了来自诱导型多能干细胞的人类胸腺类器官(iPSC-胸腺)的组织工程，它可以支持从头生成多种功能性人类 T 细胞群。此项结果发表在期刊Nature Methods上，题为“De novo construction of T cell compartment in humanized mice engrafted with iPSC-derived thymus organoids”
胸腺包含两个主要的细胞区室：来自造血祖细胞 (HPC) 的发育中 T 细胞的瞬时群体，和包括胸腺上皮细胞 (TEC) 的居住基质细胞。TECs在调节T细胞谱系分化和分化中起着至关重要的作用。
3D技术更高效
研究团队开发了一种组织工程方法，通过用分离的 TECs 重新填充脱细胞胸腺支架以构建功能性小鼠人工胸腺。之所以采用这种方式制造人造类人胸腺，目的是为了克服人类 TECs 的不可接近性，研究团队使用多步诱导方案将 iPSCs 分化为胸腺上皮祖细胞 (iPSC-TEPCs)。3D 藻酸盐封装技术被用于促进更有效的 TEPC 分化和成熟。最后用 iPSC-TEPC 和 HPC 构建人造人胸腺，并测试其支持人类 T 细胞在 hu 小鼠中发育的能力。
▲ 用iPSCs组织工程化人工胸腺
关键 TEC 标记（如 FOXN1 和 KRT8）的表达在 3D iPSC-TEPC 中 显著高于源自 2D 分化细胞，证明了使用 3D 技术的优势。这些发现与 iPSC-TEPC 的单细胞转录组分析结果一致。对 T 细胞发育关键标志物的流式细胞术分析证明了人造人胸腺在体外支持 T 细胞谱系编程进展的能力。最重要的是，对移植了人类人工胸腺的 hu 小鼠的分析表明，人类 T 细胞的多样化群体的发展表达了复杂的 T 细胞受体 (TCR) 库。T 细胞介导的细胞和/或体液免疫反应，例如 TCR 参与时的促炎反应、同种异体肿瘤移植物生长的抑制和免疫球蛋白类别转换，在这些小鼠中得到恢复，进一步表明功能性人类 T 细胞区室的发展。
▲ iPSC-TEPC聚集体的免疫荧光成像
将动物研究的结果转化为临床常常受到模型和人类之间物种特异性差异的阻碍。在植入人工人类胸腺的 hu 小鼠中生成功能性人类 T 细胞群将大大增加该模型研究人类适应性免疫反应的可及性，并加速临床前研究的转化。随着 iPSC 库的快速扩展，具有特定 HLA 成分的个体患者的 T 细胞免疫可以在 hu 小鼠中建模，以促进个性化医疗。从理论上讲，胸腺工程技术的改进将使人们能够从患者自身的 iPSC 中生成人造胸腺，用于治疗原发性和获得性免疫缺陷疾病。
根据它们在胸腺中的定位，TECs 通常可以分为两个功能不同的子集：皮质 TECs 和髓质 TECs。研究者所开发的新一代方法将侧重于复制人工胸腺的几何组织以改善其功能。iPSC-TEPC 将被诱导分化为特定的 TEC 子集，新的组织工程工具也将被开发来重新填充TEC亚群到胸腺支架内的特定区域。另一个重点领域将是改善 T 细胞和 B 细胞之间的相互作用，以在 hu 小鼠中获得更强大的适应性免疫反应。
小结
这项研究的最终结果显示，从诱导多能干细胞(iPSC -胸腺)的人类胸腺类器官的组织工程，能够支持功能性人类T细胞群的生成并发育完全。当hu小鼠移植该iPSC胸腺类器官后，小鼠的T细胞具有诱导体液和细胞免疫反应的能力，包括对 T 细胞受体参与产生强烈的促炎反应、抑制同种异体肿瘤移植物生长和促进有效的 Ig 类转换。这意味着，iPSC胸腺移植小鼠可以作为一种新的动物模型来研究人类T细胞介导的免疫，并加速从动物研究到临床的转化。
参考资料：
1.网页链接
2.网页链接
——近期热门活动一览——
10月25日，外泌体大规模生产工艺难点解析