Искусственный костный мозг
В Мичиганском университете впервые в мире изготовлена действующая модель человеческого красного костного мозга
Костным мозгом называют специфическую ткань, которая заполняет полости костей у всех позвоночных животных. Она представлена в двух разновидностях. Красный костный мозг, который у человека составляет примерно полтора процента общей массы тела, содержит кроветворную ткань, поставляющую организму новые кровяные клетки. Желтый костный мозг, напротив, отличается преобладанием жировой ткани. Красный костный мозг сохраняется в течение всей жизни в ребрах, грудине, позвонках и еще некоторых костях. В его состав входят специализированные стволовые клетки, которые дают начало всем разновидностям клеток крови и лимфы. Поэтому красный костный мозг служит основным кроветворным органом нашего организма. От его благополучия зависит активность иммунной системы, которая постоянно использует белые кровяные клетки, поставляемые костным мозгом. Костный мозг также непрерывно обновляет запас эритроцитов, которые снабжают внутренние органы кислородом и освобождают их от углекислого газа. Исследователи из Мичигана вместе с коллегами из Техаса и Флориды только что выложили на сайте журнала Biomaterials статью с описанием искусственной ткани, которая в значительной степени воспроизводит работу живого костного мозга. Об этом проекте Русской службе «Голоса Америки» рассказал в эксклюзивном интервью его руководитель профессор Николай Котов. Николай, позвольте прежде всего задать преднамеренно наивный вопрос. Зачем надо было изобретать и строить имитатор красного костного мозга? Давайте начнем с практической пользы, которую можно извлечь из нашей разработки. Многие лекарства, например, антираковые и противоартритные средства, часто подавляют работу кроветворной ткани костного мозга. Это приводит к множеству осложнений, в том числе малокровию и ослаблению иммунитета. Поэтому очень важно проверять, насколько кандидаты в будущие лекарства токсичны для костного мозга еще до начала их клинических испытаний. Сейчас такие исследования если и проводятся, то на лабораторных животных. Однако это весьма дорогое удовольствие. Кроме того, физиология мышей, крыс и прочих обитателей вивариев отнюдь не идентична человеческой. Результаты, которые получаются в таких опытах, нельзя автоматически распространять на наш собственный организм. Поэтому хотелось бы иметь работающие лабораторные модели человеческого костного мозга, на которых можно было бы быстро, унифицировано и относительно недорого испытывать экспериментальные лекарства. До сих пор подобных моделей вообще не существовало. А нам вот удалось их создать. Но ведь работа костного мозга «в пробирке» изучается уже много лет, не так ли? Да, конечно – точнее, в чашках Петри. Обычно в таких опытах применяются стандартные кассеты на 96 отделений, в которых выращиваются клеточные культуры. Но этим путем удается воспроизводить только простые клеточные слои. А кроветворные клетки костного мозга встроены в сложную пространственную тканевую структуру, внутри которой они интенсивно взаимодействуют с клетками других типов. Так что реалистичная модель этого органа тоже должна быть трехмерной. Надо поместить кроветворные клетки примерно в те же геометрические и биологические условия, в которых они находятся в живом организме. И теперь удалось это сделать? Вот именно. Кроветворные структуры костного мозга встроены в пористую опорную ткань, которая называется ретикулярной (а также сетчатой). Нам тоже следовало изобрести такую пористую поддерживающую матрицу. К тому же ее надо было сделать прозрачной, чтобы затем использовать для наблюдений оптические микроскопы. Мы также хотели, чтобы эту матрицу можно было помещать в стандартные ячеистые кассеты для изучения клеточных культур. Всего этого мы и добились. Мы изготовили структуру с очень мудреным названием – инвертированная геометрия коллоидного кристалла. Представьте себе множество одинаковых шариков, плотно заполняющих определенный объем. Это и есть коллоидных кристалл. Мы изготовили его из крошечных сфер, а затем залили специальным полимером. Этот полимер заполнил пустоты между сферами, в то время как сами сферы в нем растворились. В результате мы получили материал с множеством мельчайших пор. Он и послужил заменой ретикулярной ткани. Как я понимаю, в эти поры были введены кроветворные клетки? Вот именно. Такие клетки мы выделили из крови, где они всегда присутствуют. Однако для них надо было создать соответствующее биологическое окружение. После многих опытов мы отобрали для него клетки стромы, неоформленной соединительной ткани. К ним мы добавили остеобласты, специализированные клетки, синтезирующие новую костную ткань. Как остеобласты, так и строгальные клетки присутствуют в костном мозгу и в его окружении. В сочетании они оказались очень хорошей средой для кроветворных клеток. В чем это проявилось? Наша искусственный костный мозг заработал. Мы убедились, что он в состоянии производить как различные виды клеток белой крови, так и новые кроветворные клетки. Возможно, там появляются и красные кровяные клетки, эритроциты. Но утверждать это пока рано, нужны дополнительные исследования. Какие еще эксперименты проводились? Важно было доказать, что наш имитатор костного мозга способен включиться в работу иммунной системы. Мы проделали это двумя способами. Во-первых, мы инфицировали искусственную кроветворную ткань ослабленным штаммом одного из вирусов гриппа. Как мы и надеялись, она стала производить антитела к этому микробу. Кроме того, мы подсадили кусочки ткани мышам с выведенной из строя иммунной системой. Она благополучно прижилась, обросла кровеносными сосудами и стала производить разнообразные человеческие иммунные клетки. Мне остается задать традиционный вопрос о планах на будущее. Теперь будем отрабатывать практические проблемы, связанные с конкретным использованием нашей модели для токсикологических исследований. Но есть и другая задумка. Хотелось бы использовать искусственный костный мозг в качестве своего рода фабрики по изготовлению кроветворных стволовых клеток. Они дают начало всем зрелым клеткам крови, но их возможности этим далеко не ограничиваются. Сейчас доказано, что кроветворные клетки можно заставить производить и нервную ткань, и жировую, и ткани других видов. Это очень привлекательная перспектива, и мы надеемся ее реализовать. В самом деле, это было бы здорово. Надеюсь, что все получится. И огромное спасибо за интереснейшую беседу.