Nieuw model voor de humane beenmergniche ondersteunt het kweken van bloedstamcellen en -voorlopercellen

Het beenmerg, een fibreus weefsel met een goede doorbloeding, is de fysiologische niche van hematopoietische stamcellen (HSCs) in een volwassene. In het beenmerg kunnen HSCs zichzelf vernieuwen of differentiëren richting hematopoëtische voorlopercellen (HPCs) om zo levenslang dagelijks alle volwassen bloedcellen te produceren die nodig zijn. De juiste balans tussen rust, zelfvernieuwing en differentiatie van HSCs wordt sterk gereguleerd door een nauw contact met cellulaire (vasculaire endotheelcellen, multipotente mesenchymale stromale cellen) en niet-cellulaire (extracellulaire matrix, groeifactoren) componenten van de beenmergniche.

In vitro modellen van het hematopoietische systeem zijn erop gericht om de zelfvernieuwing en / of differentiatie van HSPCs te ondersteunen door essentiële componenten van het beenmerg na te bootsen. Reeds bestaande in vitro beenmergnichemodellen maken gebruik van onsterfelijk gemaakte stromale cellijnen (zogenaamde ‘voedingscellen’) of kweekmedium aangevuld met groeifactoren. Dergelijke media geven na verloop van tijd minder ondersteuning richting HSPCs dan de voedlingscellen, wat het belang aantoont van cel-cel contact in dergelijke kweeksystemen. Echter de cel-cel interacties die door de voedingscellen in 2D co-kweken worden verschaft, bootsen de natuurlijke en complexe 3D omgeving van het beenmerg niet na.

Het doel van onze studie was het identificeren van het ondersteunend potentieel van verschillende primaire celtypen en hydrogelen, voor het in vitro kweken van HSPCs in 3D, zonder aan deze kweken extra groeifactoren toe te voegen. Optimale HSPC-ondersteuning werd verkregen in de aanwezigheid van vet- en botcellen, samen met endotheelcellen. Wanneer deze cellen werden gekweekt in een bioactieve hydrogel, vormden deze ondersteunende cellen een hypoxisch stromaal netwerk dat de productie van volwassen bloedcellen, terwijl de oorspronkelijke populatie HSPCs in stand gehouden werd. HSPC clusters co-lokaliseerden met deze stromale netwerken en bevonden zich in de nabijheid van sinusoïdale endotheelcellen.

Toekomstperspectieven
Ons geëngineerde primaire 3D beenmergmodel is een eenvoudig en betrouwbaar model om de interacties tussen HSPCs en hun omliggende niches (endostale en perivasculaire niches) verder te onderzoeken. Het 3D model is gemakkelijk te manipuleren door het toevoegen of verwijderen van cellulaire of niet-cellulaire componenten, of door het interfereren met specifieke cel-cel interacties. Het 3D model kan gebruikt worden om de rol van de beenmergniche bij normale hematopoiese te bestuderen, of bij beenmerg gerelateerde ziekten.

Publicatie
A Human Hematopoietic Niche Model Supporting Hematopoietic Stem and Progenitor Cells In Vitro. Maaike V.J. Braham, Amélie S.P. Li Yim, Jara Garcia Mateos, Monique C. Minnema, Wouter J. A. Dhert, F. Cumhur Öner, Catherine Robin and Jacqueline Alblas. Advanced Healthcare Materials 2019, Apr 3:e1801444. DOI: 10.1002/adhm.201801444.