Человеческий костный мозг – уникальная «фабрика крови» в нашем теле, представляющая собой сложнейшую сеть из костных клеток, нервов, кровеносных сосудов и многих других типов клеток. Ученым впервые удалось воссоздать эту комплексную структуру в лабораторных условиях, используя исключительно человеческие клетки. Эта новая система открывает перспективы для значительного сокращения необходимых для исследований испытаний на животных.
Обычно костный мозг работает незаметно, привлекая к себе внимание лишь в случае сбоев, например, при онкологических заболеваниях крови. В такие моменты понимание механизмов нормального кроветворения и причин его нарушений становится критически важным.
На протяжении многих десятилетий исследования костного мозга в основном опирались на опыты с животными или упрощенные клеточные системы, которые не могли в полной мере имитировать человеческую физиологию. Теперь исследователи из Департамента биомедицины Базельского университета и Университетской клиники Базеля разработали реалистичную модель костного мозга, полностью состоящую из человеческих клеток. Команда под руководством профессора Ивана Мартина и доктора Андреса Гарсиа Гарсиа опубликовала свои результаты в журнале Cell Stem Cell, отметив, что эта платформа может стать ценным инструментом для изучения рака крови, тестирования лекарств и разработки персонализированных методов лечения в будущем.
Костный мозг состоит из нескольких специализированных микросред, известных как «ниши». Одна из них, эндостальная ниша, играет ключевую роль в формировании новых клеток крови и тесно связана с устойчивостью онкологических заболеваний крови к терапии. Эта ниша, расположенная вблизи поверхности кости, включает кровеносные сосуды, иммунные клетки, нервы и костные клетки. До сих пор ни одна модель, созданная на основе человеческих клеток, не могла воспроизвести все эти компоненты в единой системе.
Ученые успешно разработали модель, которая воспроизводит такую сложную структуру. Их работа началась с создания искусственного костного каркаса из гидроксиапатита – природного минерала, входящего в состав зубов и костей. После этого они использовали человеческие клетки, которые были перепрограммированы в плюрипотентные стволовые клетки с помощью методов молекулярной биологии. Эти стволовые клетки обладают способностью развиваться во множество различных типов клеток, в зависимости от сигналов, получаемых из окружающей среды.
Команда ввела эти стволовые клетки в искусственный костный каркас и направила их развитие через контролируемые этапы для получения разнообразных типов клеток костного мозга. Анализ показал, что полученная трехмерная структура максимально точно воспроизводит человеческую эндостальную нишу. Новая модель также превосходит предыдущие по размеру, достигая восьми миллиметров в диаметре и четырех миллиметров в толщину. Используя эту модель, исследователи смогли поддерживать формирование человеческих клеток крови в лаборатории на протяжении нескольких недель.
«Мы многое узнали о работе костного мозга благодаря исследованиям на мышах, – отмечает Иван Мартин. – Однако наша модель значительно приближает нас к пониманию биологии человеческого организма. Она может дополнить многие эксперименты на животных при изучении кроветворения как в здоровом, так и в больном состоянии». Эта цель соответствует общему стремлению университета сокращать, улучшать и заменять эксперименты на животных везде, где это возможно.
Разработанная система также может быть полезна для разработки лекарственных препаратов. «Однако для этой конкретной цели размер нашей модели костного мозга может быть слишком большим, – объясняет Андрес Гарсиа Гарсиа. – Для одновременного тестирования множества лекарств или дозировок платформу необходимо будет уменьшить».
В перспективе этот подход способен помочь в принятии решений о персонализированном лечении онкологических заболеваний крови. Ученые представляют себе создание моделей костного мозга, специфичных для каждого пациента, что позволит врачам тестировать различные методы терапии и определять наиболее эффективный вариант для конкретного человека. Хотя для полной реализации этой возможности потребуются дальнейшие усовершенствования, данное исследование является важным первым шагом.
