骨髓力学微环境对造血干祖细胞命运的调控及机制

目的造血干细胞(hematopoietic stem cell,HSC)是所有免疫细胞和血细胞的共同前体,其生理行为受到骨髓微环境时空变化的紧密调控,但具体调控规律及机制尚未阐明。本课题主要探索骨髓力学微环境(基质刚度、空间限制/维度)对HSC命运的体外调控规律,并深入揭示力学微环境下的造血谱系亚群变化及机制。方法基于胶原与海藻酸钠的互作组装形成稳定的互穿单/双网络结构,构建具有刚度梯度的三维水凝胶细胞培养体系。进一步利用单细胞测序技术和生物信息学方法,剖析三维力学微环境中的造血异质性。结果凝胶基质刚度和空间限制对HSC的增殖分化具有显著调控作用,低刚度凝胶(45 Pa)有助于HSC的体外干性维持及髓系分化。单细胞测序技术揭示三维力学微环境可显著促进HSC单核祖细胞-巨噬细胞分化谱系,同时Tnf、NF-κB等免疫通路关键基因表达明显上调。三维力学微环境下特化产生的Cd14^(+)巨噬细胞亚群高表达趋化因子CXCL2,通过配受体结合模式(CXCL2/CXCR2)在体内外招募中性粒细胞以维持机体免疫稳态,并挽救巨噬细胞缺损小鼠的中性粒细胞招募功能障碍。结论微环境生物力学线索可独立调控HSC干性维持及髓-巨噬系特异性分化,可为HSC发育的生物力学基础提供重要理论线索,为生物材料用于HSC的临床策略提供技术依据。