The generation of hematopoietic stem cells (HSCs) from human pluripotent stem cells (hPSCs) is a major goal for regenerative medicine. In fact, HSCs transplant is an effective treatment for hematological disorders, but both the paucity of suitably matched donor cells and the need of high number of cells remain a clinical bottleneck. hPSCs would represent a novel, potentially unlimited, source of patient-specific HSCs. However, the robust de novo generation of HSCs remains unrealized, underscoring our lack of understanding of the biological processes leading to blood formation.
During embryonic development, blood cells emerge from a subset of specialized endothelial cells, named hemogenic endothelial cells (HECs), via a process known as endothelial-to-hematopoietic transition (EHT). A thorough characterization of HECs is essential to guide the efforts to derive this population from hPSCs. However, current known markers used to isolate HECs are insufficient as they also enrich for arterial endothelial cells that are associated with HECs. Using transcriptomic analysis of 28-32-day human embryos, a developmental stage characterized by active EHT, we have identified the Fc receptor FCGR2B as a putative marker of embryonic HECs. Functional ex vivo analyses confirmed that multilineage hematopoietic potential is highly enriched in CD32+ endothelial cells isolated from the aorta-gonad-mesonephros region and yolk sac of human embryos. In addition, CD32 emerged as selective marker for hPSC-derived HECs across different hematopoietic programs. Remarkably, our analyses showed that CD32 expression enriches for cells with hemogenic potential with a higher specificity for hPSC-derived HECs than other known HEC markers. These findings provide a simple method for isolating HECs from human embryos and hPSC cultures, allowing its molecular characterization as well as the efficient generation of hematopoietic cells in vitro.
La generazione di cellule staminali ematopoietiche (HSC) da cellule staminali pluripotenti umane (hPSC) è un obiettivo fondamentale per la medicina rigenerativa. Seppur il trapianto di HSC sia essenziale per il trattamento di disturbi ematologici, la scarsità di cellule donatrici compatibili e la necessità di trapiantarne un numero elevato rendono questa terapia difficile da attuare. Al contrario, le hPSC rappresenterebbero una fonte nuova, potenzialmente illimitata, di HSC specifiche per il paziente. Tuttavia, un'efficace generazione di HSC da hPSC è, ad oggi, utopica a causa della scarsa comprensione dei processi biologici che portano alla formazione del sangue.Durante lo sviluppo embrionale, le cellule del sangue emergono da una specifica popolazione di cellule endoteliali (ossia formanti i vasi sanguigni), denominate cellule endoteliali emogeniche (HEC, in grado di generare cellule del sangue), attraverso un processo noto come transizione endoteliale-ematopoietica (EHT). Una caratterizzazione approfondita delle HEC è essenziale per derivare questa popolazione dalle hPSC e dunque generare sangue in laboratorio. Tuttavia, i marcatori noti utilizzati per isolare le HEC sono insufficienti a questo scopo, in quanto arricchiscono non solo queste ultime ma anche altri tipi di cellule endoteliali a loro associate eppure prive di potenziale emogenico. L'analisi di embrioni umani di 28-32 giorni, una fase di sviluppo caratterizzata da EHT attivo, ha permesso di identificare il recettore FCGR2B (o CD32) come un marcatore di HEC. Infatti, le cellule endoteliali che esprimono CD32 sono in grado di generare le cellule del sangue sia quando isolate da specifiche regioni dell'embrione umano sia da hPSC. Inoltre, le nostre analisi hanno mostrato che l'espressione di CD32 permette di arricchire HECs con altissima specificità, maggiore di quella di altri marcatori noti. Questi risultati forniscono un metodo semplice per isolare le HEC da embrioni umani e colture di hPSC, consentendo la loro caratterizzazione molecolare e la generazione efficiente di cellule del sangue in laboratorio.