源自人胚胎干细胞的天然杀伤细胞首先是通过将人胚胎干细胞与鼠间质细胞共培养而产生的，该鼠间质细胞先前已证明能够维持人类人造血干细胞的扩增。这种共培养导致了人胚胎干细胞衍生的CD34CD45造血祖细胞簇的产生，随后将其培养在第二个基质细胞群上以获得CD45CD56天然杀伤细胞。这些人胚胎干细胞衍生的天然杀伤细胞能够通过直接的细胞介导的细胞毒性和抗体依赖性细胞的细胞毒性裂解人类肿瘤细胞同时也产生天然杀伤细胞特异性细胞因子。已显示，在体内小鼠异种移植模型中，人胚胎干细胞-天然杀伤细胞比脐带血-天然杀伤细胞更有效地介导肿瘤清除。随后的研究旨在为人胚胎干细胞或诱导性多能干细胞衍生的天然杀伤细胞生产使用更明确的条件，从而导致使用无基质和无血清条件的新型三步方案。这里，出国看病服务机构使用“旋转的胚状体”协议在无血清培养基中以得到CD34CD45从人胚胎干细胞或诱导性多能干细胞的。然后将旋转的胚状体转移至明胶包被的平板中，并在含有白细胞介素3，白介素-15，白介素-7，干细胞因子和fms样酪氨酸激酶3配体，它们可以分化为自体基质细胞和CD45CD56天然杀伤细胞。最后，使用膜结合白介素-21表达细胞系可以将人胚胎干细胞或诱导性多能干细胞衍生的天然杀伤细胞扩增至临床规模。与同种异体外周血-天然杀伤和脐带血-天然杀伤细胞一样，人胚胎干细胞或多能干细胞衍生的天然杀伤细胞表达激活和抑制受体，例如CD16a，天然杀伤p44，天然杀伤p46，天然杀伤G2D，TRA白介素和杀伤性免疫球蛋白样受体。同样，在这些条件下培养时，人胚胎干细胞或诱导性多能干细胞-天然杀伤细胞通过直接的细胞介导的活性和抗体依赖性细胞的细胞毒性表现出对血液和实体瘤的有效细胞毒活性，同时产生诸如干扰素γ和肿瘤坏死因子α的细胞因子。研究认为注射胚胎干细胞诱导性多能干细胞，天然杀伤细胞的免疫缺陷小鼠从来没有表现出发展的畸胎瘤。
天然杀伤细胞的独特生物学特性使其可以用作安全有效的同种异体免疫治疗策略。可以对天然杀伤细胞进行基因修饰，使其表达嵌合细胞抗原或使其受体组成完整，例如通过删除抑制性受体或表达细胞因子来实现。为了克服通过转染降低成熟天然杀伤细胞遗传修饰的效率，可以利用病毒或非病毒转座子系统在未分化状态下修饰人胚胎干细胞和诱导性多能干细胞，然后进行分化产生转基因的天然杀伤细胞。
最初的研究以提高的人胚胎干细胞的活性或诱导性多能干细胞来源的天然杀伤细胞中使用的CD4或CD3嵌合细胞抗原。在这项研究中，CD4或人胚胎干细胞和诱导性多能干细胞衍生的天然杀伤细胞能够在体外和体内抑制人类免疫缺陷病毒复制，并且治疗小鼠的同种异体外周血中的病毒载量显着降低。对于抗肿瘤嵌合细胞抗原-天然杀伤细胞，不是使用最初设计用于基于T细胞的疗法的嵌合细胞抗原构建体，而是后续研究使用了利用天然杀伤细胞特异性跨膜和共刺激域的新型天然杀伤细胞特异性嵌合细胞抗原。具体地，筛选10个不同的天然杀伤-嵌合细胞抗原结构后，出国看病服务机构证明用由所述的嵌合细胞抗原改造的多能干细胞的跨膜结构域的天然杀伤G2D，2B4共刺激域和CD3信号传导域介导强抗原特异性天然杀伤细胞信号传导。该天然杀伤G2D-2B4嵌合细胞抗原与特异性针对肿瘤抗原间皮素的干细胞因子v连接。当在卵巢癌的异种移植模型中评估这些多能干细胞衍生的嵌合细胞抗原天然杀伤细胞时，与在天然杀伤细胞中表达的第三代嵌合细胞抗原-T细胞相比，它们显示出增强的抗肿瘤活性。此外，在卵巢癌中，常规嵌合细胞抗原-T细胞与多能干细胞衍生的嵌合细胞抗原天然杀伤细胞之间的直接比较显示，与常规嵌合细胞抗原-T细胞相比，诱导性多能干细胞-嵌合细胞抗原-天然杀伤细胞治疗可提高生存率，毒性更低异种移植模型。
最初的研究表明，人胚胎干细胞的造血分化产生了造血祖细胞，当将其接种于含有造血细胞因子的半固体甲基纤维素基培养基中时，会形成刻板的骨髓集落。重要的是，这些造血菌落显示出人胚胎干细胞分化为髓样，红系和巨核细胞，与从骨髓或脐带血分离的造血祖细胞产生的细胞基本相同。筛选CD34细胞并量化这些造血集落形成细胞进一步说明，人胚胎干细胞衍生的造血细胞类似于“正常”血细胞。此外，这些研究发现单核细胞使用之前描述的基于基质的分化系统，人胚胎干细胞和巨噬细胞的产生相对简单。
巨噬细胞是髓样细胞，具有许多功能，包括组织发育，体内平衡，组织修复以及对入侵病原体和癌症的先天免疫力。不同类型的造血部位发育出不同类型的巨噬细胞：胚胎卵黄囊，胎儿肝脏和产后骨髓。
人类多能干细胞来源的血细胞，包括天然杀伤细胞和巨噬细胞，是研究免疫细胞生物学，疾病发病机理和基于免疫细胞的疗法的宝贵工具。人胚胎干细胞和多能干细胞提供了一个平台，不仅可以开发临床级细胞产品，而且可以更好地了解先天免疫细胞从造血祖细胞分化为成熟细胞的发育生物学。当培养时，可以在临床规模上将通常在同种异体外周血-天然杀伤上表达的激活和抑制受体组成谱的天然杀伤细胞与人胚胎干细胞和诱导性多能干细胞区分开。胚胎干细胞或多能干细胞可以轻松转染并用于区分天然杀伤细胞，以研究和修饰其受体的功能。此外，可以将用于抗癌治疗的特定嵌合细胞抗原s工程化到人胚胎干细胞或诱导性多能干细胞衍生的天然杀伤细胞中，以产生更有效的天然杀伤细胞。定义明确的方案可促进大量来自吞噬细胞且类似于同种异体外周血单核细胞衍生的巨噬细胞的人胚胎干细胞或多能干细胞的巨噬细胞。这种产生大量同质天然杀伤细胞和巨噬细胞的能力促进了它们基于新型“现成”细胞疗法的临床翻译。
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