在骨髓中，造血干細胞會在不同成熟階段，通過祖細胞產生大量的、各種各樣的成熟血細胞。最近，來自德國癌癥研究中心（DKFZ）的科學家開發出一種方法，給小鼠造血干細胞添加熒光標記，可以從外面打開這個熒光標記。他們使用這一工具，首次在一個活的有機體內觀察到，干細胞在正常情況下如何分化為成熟的血細胞。根據這些數據，他們開發出一種造血動力學數學模型。研究人員將相關研究結果發表在2月11日的《自然》雜志（Nature），他們報道稱，血液生成的正常過程，與科學家使用干細胞移植數據所假設的過程不同。

自古以來，人類已經知道血液對于生命是如何的重要。自然主義者數千年來一直都在推測人體血液供應的來源。幾個世紀以來，肝臟被認為是產生血液的地方。然而，在1868年，德國病理學家Ernst Neumann在骨髓中發現了未成熟的前體細胞，發現骨髓原來是血細胞形成的真正部位，也被稱為造血作用。

德國癌癥研究中心的Hans-Reimer Rodewald教授說：“然而，在過去的幾十年里，對造血作用的幾乎所有研究都存在一個問題，那就是，研究受細胞培養實驗或小鼠移植的限制。我們現在已經開發出第一個模型，我們可以在一個活的有機體內，觀察干細胞成長為成熟的血細胞。”

Rodewald研究小組的Katrin博士，通過將一個蛋白導入發出黃色熒光信號的造血干細胞中，開發出轉基因小鼠。通過給予動物特定的試劑，該熒光標記可以隨時被打開。相應的，由含有標記的細胞產生的所有子細胞，也發出光信號。

當Busch打開成年動物中的標記時，他們可以看到，至少有三分之一（約5000細胞）的小鼠造血干細胞產生分化型祖細胞。Busch說：“這是第一個驚喜。直到現在，科學家一直認為，在正常狀態下，很少有干細胞——大約只有10個——積極參與血液的形成。”

然而，熒光標記要均勻擴散到外周血細胞，需要一段很長的時間，甚至超過了老鼠的壽命。系統生物學家Thomas Höfer及其同事對這些實驗數據進行了數學分析，以深入闡釋造血干細胞的動力學。他們的分析結果出人意料，在正常情況下，血細胞的補充并不是由干細胞本身完成。相反，它們實際上是由下一個分化步驟過程中發展的第一代祖細胞提供的。這些細胞能夠自我再生很長一段時間——但不像干細胞的時間那么長。為了確保該類型細胞群永不用完，造血干細胞必須不定期地產生一些新的祖細胞。

然而，在小鼠胚胎發育過程中，情況是不同的：為了構建系統，各種成熟的血細胞和免疫細胞要發展的更加迅速，并且幾乎全部來自干細胞。

通過人為消耗成年動物的白血細胞，研究人員也能夠在它們當中加快這一過程。在這些條件下，造血干細胞可增加第一祖細胞的形成，然后立即開始提供新的、成熟的血細胞。在這個過程中，會比長壽淋巴細胞（T細胞，B細胞，自然殺傷細胞）形成高幾百倍的所謂髓系細胞（血小板，紅細胞，粒細胞，單核細胞）。

Rodewald 解釋說：“當我們將我們的標記造血干細胞從骨髓移植入其他小鼠后，在受體小鼠中只有很少的干細胞被激活，許多干細胞丟失了。因此，我們的新數據表明，到目前為止使用移植干細胞得到的結果，肯定無法反映正常的造血功能。相反，移植是一個例外。這表明，在正常情況下我們能觀察到一個活有機體中的造血作用，是多么的重要。”

現在，Rodewald部門的科學家，與Thomas Höfer共同合作，也計劃使用新的模型來探討致病性挑戰（例如，癌癥、惡病質或感染）對血液產生的影響。這種方法也使他們能夠對血液干細胞中發生的潛在老化過程進行詳細觀察，因為它們自然發生在一個活的有機體內。