Искусственный костный мозг, способный давать начало всем форменным элементам крови, был создан исследователями в лаборатории химической инженерии Мичиганского Университета (University of Michigan).
Это открытие может стать основой новых тест-систем для оценки эффектов лекарственных препаратов, а также помочь в изучении дефектов иммунной системы и стать альтернативным источником клеток для трансплантации пациентам с заболеваниями системы кроветворения.
Профессор Николай Котов (Nicholas Kotov), руководитель научной группы, объяснил, что клетки выращивают на трехмерном матриксе, который по своим свойствам схож со стромой красного костного мозга. В отличие от многих других биоинженерных конструктов, этот искусственный костный мозг не предназначен для имплантации человеку. Его задача – функционировать in vitro, производя необходимые многим пациентам с гематологическими расстройствами клетки крови. Результаты исследования опубликованы в журнале Biomaterials.
Это первая успешная попытка создания искусственного костного мозга. На данный момент с его помощью можно получать гемопоэтические стволовые клетки и В-лимфоциты – клетки иммунной системы, продуцирующие антитела.
Гемопоэтические стволовые клетки впоследствии дают начало нескольким типам клеток кровеносной системы, в основном эритроцитам и лимфоцитам. Химиотерапевтические препараты могут подавлять функционирование костного мозга в организме пациента, делая его восприимчивым к всевозможным инфекциям. Новая разработка позволяет тестировать такие препараты, подбирая их наиболее безопасные концентрации до начала клинических испытаний с участием людей.
Основной сложностью в создании искусственного костного мозга была разработка подходящего трехмерного матрикса с необходимыми свойствами и определенными размерами пор. Матрикс представляет собой прозрачный полимер, проницаемый для питательных веществ, растворенных в среде культивирования. При изготовлении полимера в него были добавлены крохотные растворимые сферы, поверхность которых напоминает по ультраструктуре поверхность бильярдного шара. После того, как полимер затвердел, сферы были растворены, и образовались поры стандартной конфигурации. Затем этого готовый матрикс был заселен мезенхимными стромальными клетками костного мозга (МСК) и остеобластами (клетками-предшественницами костной ткани), которые поддерживают нормальное существование и пролиферацию гемопоэтических стволовых клеток.
Стандартные свойства матрикса и клеток необходимы для воспроизводимости всех проводимых на аналоге костного мозга тестов и оценок потенциальных химиотерапевтических препаратов. До настоящего времени не существовало подобных коммерчески доступных полимерных матриксов, на которых могли бы выращиваться кроветворные и иммунные клетки.
Помимо этого исследователи показали, что искусственный костный мозг отвечает нормальной иммунной реакцией на вирус гриппа H1N1 (New Caledonia virus). Чтобы доказать способность своего изобретения функционировать в качестве нормального костного мозга, ученые трансплантировали его в организм мышей с иммунодефицитом. Через некоторое время в кровеносной системе мышей были обнаружены человеческие кроветворные клетки, а в трансплантат начали врастать сосуды.
