Новая лабораторная модель костного мозга — это первое изобретение в области биоинженерии
Вы даже не задумываетесь об этом, но костный мозг в вашем организме ежедневно производит миллиарды клеток. Костный мозг — это мощная и бесшумная “фабрика крови” нашего организма, которая усердно работает в фоновом режиме, в то время как сердце перекачивает кровь, а мозг управляет процессом. Губчатый костный мозг действительно привлекает внимание при диагностике рака крови или когда эта важнейшая система перестает работать должным образом.
Понимание того, как костный мозг вырабатывает кровь и как весь этот процесс может нарушиться, имеет решающее значение для борьбы с раком крови и другими заболеваниями. Однако большинство исследований костного мозга проводится на моделях животных, отличных от человека, и на клеточных культурах в лабораторных условиях. Чтобы устранить этот пробел, команда биомедицинских исследователей создала первую реалистичную модель костного мозга, полностью созданную из человеческих клеток. Новая модель костного мозга, основанная на человеческих клетках, подробно описана в исследовании, опубликованном сегодня в журнале Cell Stem Cell, и может привести к более персонализированному лечению и улучшению методов лечения рака, а также сократить количество испытаний на животных.
Что такое костный мозг?
Костный мозг — это мягкая и жировая ткань, напоминающая желе, которая заполняет полости внутри костей. Он содержит клетки, которые производят красные кровяные тельца, белые кровяные тельца и тромбоциты, производя миллиарды новых клеток крови каждый божий день. Стволовые клетки образуют красный костный мозг, который создает новые клетки крови и тромбоциты для вашей крови, в то время как желтый костный мозг в основном состоит из жира и стволовых клеток, которые создают кости и хрящи.
Трансплантация костного мозга, при которой в организм вводятся здоровые кроветворные стволовые клетки взамен костного мозга, который не вырабатывает достаточного количества здоровых клеток крови, является распространенным методом лечения заболеваний костного мозга. Лейкемия – очень распространенное заболевание крови и костного мозга, которое поражает непосредственно костный мозг. Лейкоз возникает из-за клеточной мутации в костном мозге, когда мутировавшие клетки бесконтрольно размножаются и снижают выработку здоровых, нормальных клеток. Он может поразить любого, но чаще всего встречается у детей и подростков. По данным Детской исследовательской больницы Святого Иуды, ежегодно в Соединенных Штатах диагностируется от 3500 до 4000 новых случаев.
К числу других заболеваний крови, которые часто связаны с аномальным функционированием костного мозга, относится множественная миелома (организм вырабатывает раковые плазматические клетки в костном мозге) и апластической анемии (костный мозг не вырабатывает достаточного количества клеток крови).
Воссоздание ниш костного мозга
Важно отметить, что костный мозг неоднороден. Костный мозг не только бывает красного и желтого цветов, но и состоит из нескольких специализированных микросред, называемых нишами. Одна из ниш, называемая эндостальной, важна для кроветворения и связана с устойчивостью рака крови к лечению. Эндостальная ниша, расположенная вблизи поверхности кости, состоит из кровеносных сосудов, костных клеток, нервов и иммунных клеток. Более ранние модели костного мозга человека не включали все эти сложные клеточные компоненты, в то время как эта новая модель включает их. Для создания этой новой сложной ткани команда использовала искусственную костную структуру, изготовленную из гидроксиапатита – природного компонента костей и зубов, который придает им твердость. Затем они использовали человеческие клетки, перепрограммированные в важную группу клеток, называемых плюрипотентными стволовыми клетками. Эти стволовые клетки могут быть использованы для создания любых клеток или тканей организма и различных специализированных типов клеток в зависимости от сигналов, которые они получают в окружающей среде.
Затем стволовые клетки были введены в искусственную костную структуру. Чтобы лучше имитировать то, что происходит в организме человека, команда направила клетки на производство различных типов клеток, которые вырабатываются в реальном костном мозге.
Они обнаружили, что эта трехмерная модель очень похожа на важнейшая эндостальная ниша человека. Его диаметр составляет восемь миллиметров (менее полудюйма), а толщина — четыре миллиметра, что также больше, чем у предыдущих систем, используемых для изучения костного мозга. Модель также может помочь исследователям поддерживать кроветворение человека в лаборатории в течение нескольких недель. »Мы многое узнали о том, как работает костный мозг, благодаря исследованиям на мышах», — говорится в заявлении доктора Ивана Мартина, соавтора исследования и биомедицинского инженера из Базельского университета в Швейцарии. “Однако наша модель приближает нас к биологии человеческого организма. Это могло бы послужить дополнением ко многим экспериментам на животных при изучении процессов кроветворения как у здоровых, так и у больных людей”.
Шаг на пути к персонализированной медицине
В будущем эта лабораторная система может быть использована для разработки новых лекарств и методов лечения заболеваний крови.
“Однако для этой конкретной цели размер нашей модели костного мозга может быть слишком большим”, — добавил соавтор исследования доктор Андрес Гарсия Гарсия. Для того чтобы тестировать несколько соединений и доз одновременно, модель должна была бы быть немного меньше.
Это также может быть использовано для разработки более персонализированных методов лечения рака крови с использованием модели костного мозга пациента, созданной из его собственных клеток.
<сообщение о том, что новая лабораторная модель костного мозга - это биоинженерное изобретение, впервые появилось в журнале Popular Science.
Другие статьи: