Понимание работы костного мозга важно, особенно в случаях возникновения нарушений, например, при раке крови.
Впервые в области биоинженерии исследователям удалось успешно разработать реалистичную модель костного мозга человека, используя исключительно человеческие клетки.
Базельский университет и университетская клиника Базеля (Швейцария) утверждают, что эта модель может помочь заменить или сократить использование животных в многочисленных исследовательских приложениях, таких как исследования рака крови и тестирование лекарств.
Воссоздание важнейшей ниши организма
Костный мозг, который считают «фабрикой крови» нашего организма, неустанно трудится в фоновом режиме, оставаясь незамеченным до тех пор, пока не возникнет заболевание крови.
Ежедневно костный мозг производит миллиарды клеток. Это сложная ткань, содержащая специализированные компоненты, такие как костные клетки, кровеносные сосуды, нервы и иммунные клетки.
Губчатая структура организована в специализированные микросреды, называемые нишами. Понимание работы костного мозга важно, особенно в случаях нарушений, например, при раке крови.
Эндостальная ниша, расположенная вблизи поверхности кости, жизненно важна для нормального кроветворения, а также связана с тем, как рак крови развивает устойчивость к терапии.
Современные исследования в основном опираются на модели животных или упрощенные клеточные культуры, которые не в состоянии точно воспроизвести всю клеточную сложность человеческого костного мозга и эндостальной ниши.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи разработали новую модель.
Как была построена модель
Сложная, реалистичная ткань костного мозга была создана с использованием двух основных компонентов: поддерживающего каркаса и специализированных человеческих клеток.
Основой конструкции стала искусственная костная структура из гидроксиапатита – природного минерала, содержащегося в костях и зубах. В эту структуру исследовательская группа внедрила человеческие клетки, перепрограммированные с помощью методов молекулярной биологии в плюрипотентные стволовые клетки.
Эти универсальные, искусственно созданные стволовые клетки затем смогли производить все необходимые специализированные типы клеток (такие как клетки костной ткани, кровеносных сосудов и нервов), требуемые для костного мозга, на основе специфических сигналов, которые они получали в этой искусственно созданной среде.
Исследователи внедрили стволовые клетки в искусственную костную структуру, а затем использовали целевые процессы для систематического создания множества различных типов клеток костного мозга.
Дальнейшее исследование показало, что полученная трёхмерная конструкция точно имитирует эндостальную нишу человека и имеет относительно большие размеры (диаметр 8 мм, толщина 4 мм). Примечательно, что эта реалистичная модель смогла поддерживать кроветворение человека в лабораторных условиях в течение нескольких недель.
Сокращение использования животных и развитие тестирования на наркотики
Главным непосредственным преимуществом этой системы является ее использование для понимания биологии человека.
Профессор Иван Мартин отмечает, что, хотя исследования на мышах были бесценны, новая человеческая модель предлагает более точное приближение к биологии человека.
«Это может послужить дополнением ко многим экспериментам на животных по изучению кроветворения как в здоровых, так и в патологических состояниях», — отметил Мартин.
Это также открывает перспективы для разработки лекарственных препаратов. Однако исследователи отмечают, что для параллельного тестирования нескольких препаратов и доз текущий размер модели, вероятно, слишком велик и потребует миниатюризации.
В конечном итоге модель может быть использована для разработки индивидуальных планов лечения пациентов, борющихся с раком крови.
Это предполагает создание индивидуальных моделей костного мозга с использованием собственных клеток пациента. Исследователи могли бы затем тестировать различные методы лечения in vitro, чтобы выбрать наиболее эффективный для каждого конкретного пациента. Однако команда признает, что для достижения этой цели необходимы дальнейшие исследования.
Тем не менее, успешное создание этой полностью человеческой «фабрики крови» представляет собой важный первый шаг.
Результаты исследования опубликованы в журнале Cell Stem Cell.
Sourse: interestingengineering.com
