2024年2月19日，慕尼黑大学医院的儿科研究团队在《Nature Methods》 （IF47.9984）上发表了题为“Generation of complex bone marrow organoids from human induced pluripotent stem cells”的突破性研究，首次向世界展示了如何利用人类iPSCs生成复杂的骨髓类器官（BMOs）。BMOs模拟骨髓微环境，具备三维结构、关键细胞类型和分子特征。它们能支持中性粒细胞分化并能响应炎症刺激反应，具有造血干细胞/祖细胞（HSPC）群和淋巴样潜能。BMOs还可用于模拟造血发育和疾病，如VPS45缺陷。为我们提供了深入理解骨髓功能和相关疾病机制的新途径。本文将与各位同好一起分享该篇文章的研究方法和研究成果。

BMOs的形成

骨髓类器官的形成是一个复杂而精细的生物工程过程，它始于人类诱导多能干细胞。这些iPSCs首先被诱导分化为胚胎体（EB），然后加入Wnt信号激动剂CHIR99021、骨形态发生蛋白4（BMP4）和血管内皮生长因子（VEGF）诱导形成中胚层。随后，通过激活素/结节信号通路抑制剂SB431542、基本成纤维细胞生长因子（bFGF）、干细胞因子（SCF）和VEGF的协同作用，进一步促进中胚层的模式化和血管内皮（hemogenic endothelium, HE）的诱导。为了促进类器官的自我组装，将模式化的胚胎体嵌入到水凝胶中，并用细胞因子刺激以产生造血前体细胞，同时维持内皮细胞的生成。研究者们于第八天在培养基中添加了低剂量的VEGF以增强血管结构的形成，并在分化的第10天将形成的胚胎体分离并转移到低附着的96孔板中，继续培养至第17天形成BMOs（图1）。

图1  iPSC衍生的BMOs的生成过程和细胞组成

BMOs模型的表征和功能分析

骨髓类器官的异质细胞类型组成是其复杂性和功能性的关键方面，通过流式数据联合 t-SNE 可视化分析，研究人员在BMOs中发现了多种细胞类型，包括造血干细胞/祖细胞（HSPCs）、内皮细胞和间充质细胞（图1）。通过免疫荧光等手段检测到BMOs中周血管基质细胞、周细胞和ECs之间的紧密相互作用（图2），这对于支持造血、维持造血干细胞功能以及协调血细胞生产所需的微环境至关重要。这些细胞类型通过自我组织形成了具有特定功能的微环境，包括支持造血干细胞（HSPCs）的维持和分化。