永生化紅細胞(RBC)前體的單克隆篩選

人造血液嘗試始于七十多年前，1900年，奧地利醫學家卡爾·蘭德斯坦納發現了ABO血型，讓輸血救人成為了可能。目前，接受手術、癌癥治療和創傷治療的患者所需的血液供應依賴于志愿獻血者。由于需求量大，研發人造血液以替代人自身血液的想法便產生了。到了20世紀中后期，由于獻血和輸血造成一些傳染病如艾滋病、乙肝、丙肝等的傳播和流行，也讓人對輸血用血產生恐懼，因此人們正在努力開發一種更安全、更容易獲得的血液供應來源。

這一挑戰通過可能的血液嫁接來解決，利用胚胎細胞、骨髓細胞或誘導干細胞在體外產生血細胞。通過癌基因能夠增加細胞增殖和減少細胞死亡的能力，來促進通常難以連續培養的紅系祖細胞系的細胞生長，往往在培養中細胞系有強勁的增長，但細胞群表現出多異質表型。由于Cytena克隆篩選單細胞打印系統（single-cell printer™，scp™）能夠高通量生成單細胞克隆，以識別具有理想紅系標記表達的克隆。利用這一工作流程，獲得200多個單克隆可用于進一步的表達標記分析。

本研究為了實現分化的去核血細胞的持續供應，開發了從轉染到單細胞克隆的工作流程，以選擇克隆進一步分化為成熟的紅細胞(圖1)。首先，將5種不同的癌基因(c-myc, BCL-XL, SV40, geT, Bmi-1, LhX-2)單獨或成對地轉染到來自CD34+干細胞的紅系祖細胞系中。

圖1 紅系細胞克隆生成流程

注：轉染48小時后，通過向培養物中添加dox激活癌基因表達，從而實現持續培養。使用single-cell printer™進行單細胞克隆的篩選，挑出具有表面標記的特異性單克隆，在通過添加干細胞因子(SCF)和促紅細胞生成素(EPO)進一步分化，進一步分化為紅系細胞。

轉染48小時后，通過添加強力     丨霉素(dox)激活癌基因表達。發現個體癌基因轉導不會導致細胞永生化，只有聯合轉導c-myc和BCL-XL才能使紅系前體細胞永生化，細胞可以在培養中保存并增殖一年以上(圖2A)，除了長期培養的能力外，永生化細胞還表現出早期造血祖細胞的典型標志物，包括CD34^{very low}CD45^+/-CD133^+/-CD71⁺CD44^highCD105^highCD235a^{very low}。然而，去除dox致癌基因表達失活，使進一步分化成為可能(圖2B)。

注：圖2（A）永生化紅系祖細胞的增殖率。（B）去除dox降低了三種不同細胞克隆的c-myc和BCL-XL癌基因的mRNA表達(編號8,29和34)。

與傳統方法相比，

single-cell printer™提供了一種高通量分離單細胞克隆的方法，用于進一步的下游分析和篩選。此技術基于類似噴墨的原理，將細胞樣品加入至包含微流體結構的芯片中，芯片的底部有一個噴嘴，自由飛行的小液滴在那里被分配，對噴嘴進行連續成像，以確定產生的液滴中是否含有0、1或多個細胞，如果一個液滴含有一個細胞，它將被分配到目標孔板，如果液滴不包含細胞/多個細胞，液滴將作為廢物處理。

紅系祖細胞被分配到5個充滿半固體培養基的96孔板（兼容384孔板）。連續的五張圖像(圖3A)作為單克隆源性的保證，并確保只分配了一個細胞。經統計有97.7%的孔(469/480)分配到單個細胞，其中超過200個可以形成單克隆，在進一步分析形態和表面標記物中發現表達較理想(CD71、CD45、CD34、CD235a)。從培養物中去除Dox，在7天內進一步分化為產生血紅蛋白的細胞(圖3B)，突出了可能發育為成熟紅細胞的潛力。

注：圖3（A）single-cell printer™記錄沉積到目標板中的單個細胞來源的克隆性保證，單細胞沉積效率為97.7%。（B）紅系祖細胞克隆(29)進行進一步分化，去除dox，加入SCF和EPO。通過染色顯示，培養物中存在產生血紅蛋白的細胞。

本研究表明，通過轉染c-myc和BCL-XL癌基因，典型的非分裂前體RBC前體可以獲得永生化。所得到的細胞系是異質的，需要單細胞克隆來篩選理想的細胞特征。與傳統方法相比，single-cell printer™在保持細胞活力的同時，實現了高通量、穩健的單細胞克隆開發方法，能夠產生超過200個克隆，這些克隆后來被進一步分化并鑒定為具有關鍵的祖細胞標記物。

參考文獻

single-cell printer™ | Generating single-cell clones of immortalized red blood cell (RBC) precursors using single-cell dispensing. Romy Kronstein Widemann¹, Stefan Zimmermann², Torsten Tonn¹.

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