За първи път в биоинженерството изследователи успешно разработват реалистичен модел на човешки костен мозък, използвайки човешки клетки.
Швейцарският университет и Университетската болница в Базел твърдят, че този модел може да помогне за заместването или намаляването на използването на животни в многобройни изследователски приложения, като изследвания на рак на кръвта и тестване на лекарства.
Възпроизвеждане на жизненоважната част от тялото
Считан за „фабриката за кръв“ на тялото ни, костният мозък работи неуморно на заден план, без да бъде забелязан, докато не възникне кръвно заболяване.
Ден след ден костният мозък произвежда милиарди клетки. Той е сложна тъкан, съдържаща специализирани компоненти като костни клетки, кръвоносни съдове, нерви и имунни клетки.
Порестата структура е организирана в специализирани микросреди, наречени ниши. Разбирането на костния мозък е важно, особено когато възникнат проблеми, като например рак на кръвта.
Настоящите изследвания се основават предимно на животински модели или прекалено опростени клетъчни култури, които не успяват да възпроизведат точно цялата клетъчна сложност на човешкия костен мозък.
За да преодолеят това предизвикателство, изследователите разработват този нов модел.
Как е изграден моделът
Сложната, реалистична костномозъчна тъкан е създадена с помощта на два основни компонента: поддържаща структура и специализирани човешки клетки.
Основата за конструкцията е изкуствена костна структура, изработена от хидроксиапатит, който е естествен минерал, намиращ се в костите и зъбите. В тази поддържаща структура изследователският екип въвежда човешки клетки, които са препрограмирани с помощта на молекулярни биологични техники в плюрипотентни стволови клетки.
Тези универсални, изкуствено разработени стволови клетки са способни да произвеждат всички необходими специализирани клетъчни типове (като костни клетки, кръвоносни съдове и нерви), необходими за костния мозък, въз основа на специфичните сигнали, които получаваха в тази изкуствено създадена среда.
Изследователите вграждат стволовите клетки в изкуствената костна структура и след това използваха целенасочени процеси, за да създадат систематично много различни видове костномозъчни клетки.
По-нататъшни изследвания показват, че получената триизмерна конструкция много точно имитира човешката ендостална ниша и е относително голяма (8 mm диаметър, 4 mm дебелина). Интересното е, че този реалистичен модел е в състояние да поддържа образуването на човешка кръв в лабораторията в продължение на седмици.
Намаляване на използването на животни и напредък в тестването на лекарства
Основната непосредствена полза от тази система е нейното използване за разбиране на човешката биология.
Професор Иван Мартин отбелязва, че макар изследванията върху мишки да са безценни, новият човешки модел предлага по-точно разбиране на човешката биология.
„Той може да служи като допълнение към много експерименти с животни при изследването на кръвообразуването както при здрави, така и при болни“, отбелязва Мартин.
Той е обещаващ и за разработването на лекарства. Изследователите обаче посочват, че за паралелно тестване на множество лекарства и дози, настоящият размер на модела вероятно е твърде голям и ще се наложи неговата миниатюризация.
В крайна сметка моделът може да се използва за създаване на персонализирани планове за лечение на пациенти, борещи се с рак на кръвта.
Това би включвало създаването на индивидуални модели на костен мозък, използвайки собствените клетки на пациента. Изследователите биха могли да тестват различни терапии in vitro, за да изберат най-ефективното лечение за конкретния пациент. Екипът признава обаче, че за постигането на тази цел е необходимо по-нататъшно развитие.
Въпреки това, успешното създаване на тази изцяло човешка „фабрика за кръв“ представлява важна стъпка в тази посока.
Резултатите са публикувани в списанието Cell Stem Cell.
Източник: InterestingEngineering
