Костный мозг в пробирке
Создан искусственный костный мозг для культивирования стволовых клеток
NanoNewsNet по материалам Karlsruhe Institute of Technology: KIT Researchers Develop Artificial Bone Marrow
Для выращивания гемопоэтических стволовых клеток можно использовать искусственный костный мозг, и его прототип только что разработан учеными Технологического института Карлсруэ (Karlsruher Institut fur Technologie, KIT), Института интеллектуальных систем Макса Планка (Max Planck Institute for Intelligent Systems), Штутгарт, и Тюбингенского университета (Eberhard Karls Universitat Tubingen). Созданная ими пористая структура обладает ключевыми свойствами природного костного мозга и может быть использована для размножения стволовых клеток в лабораторных условиях. В перспективе эта разработка поможет спасти жизнь и вернуть здоровье сотням тысяч больных лейкемией.
Стволовые клетки (желто-зеленые) в структуре подложки (синяя),
служащей основой искусственного костного мозга. Фото: С. Lee-Thedieck/KIT.
О результатах своего исследования ученые сообщают в журнале Biomaterials (Raic et al., Biomimetic macroporous PEG hydrogels as 3D scaffolds for the multiplication of human hematopoietic stem and progenitor cells).
Клетки крови, такие как эритроциты или лейкоциты, постоянно заменяются новыми, образуемыми гемопоэтическими стволовыми клетками (ГСК), находящимися в специализированных нишах в костном мозге. Гемопоэтические стволовые клетки используются для лечения заболеваний крови, таких как лейкоз. Этот метод лечения лейкоза состоит в замене пораженных клеток пациента здоровыми кроветворными стволовыми клетками подходящего донора.
Однако из-за недостатка иммунологически совместимых доноров и, следовательно, трансплантационного материала этот метод не позволяет вылечить всех больных лейкемией. И хотя проблема может быть решена путем репродукции гемопоэтических стволовых клеток, до сих пор это оставалось невозможным, так как клетки этого типа сохраняют стволовые свойства только в естественной среде, то есть в своей родной нише в костном мозге. Вне этой ниши их свойства изменяются. Следовательно, для репродукции стволовых клеток требуется среда, близкая к нише стволовых клеток в костном мозге.
Ниша стволовых клеток – сложная микросреда со специфическими свойствами. Области кости, в которых находятся такие ниши, очень пористы и напоминают губку. В этой трехмерной среде находятся не только костные и гемопоэтические стволовые клетки, но и клетки других типов, обменивающиеся с ГСК сигнальными веществами. Кроме того, пространство между клетками заполнено матриксом, гарантирующим определенную стабильность и обеспечивающим клетки якорными точками. Находясь в нише стволовых клеток, эти клетки также снабжаются питательными веществами и кислородом.
Доктор Корнелия Ли-Тедик (Cornelia Lee-Thedieck) и ее коллеги из нескольких ведущих научных центров Германии искусственно воспроизвели основные свойства природного костного мозга в лаборатории. С помощью синтетических полимеров ученые создали пористую структуру, имитирующую губчатое вещество кости в области кроветворного костного мозга. Кроме того, они добавили белковые строительные блоки, подобные существующим в матриксе костного мозга, чтобы у клеток были якорные точки, а для обеспечения обмена веществ внедрили в структуру клетки других типов из ниши стволовых клеток.
Имитирующая костный мозг синтетическая структура помещается пинцетом
в сосуд для выращивания стволовых клеток. Фото: С. Lee-Thedieck/KIT
Затем в этот искусственный костный мозг исследователи ввели гемопоэтические стволовые клетки, выделенные из пуповинной крови. На последующее размножение этих клеток потребовалось несколько дней. Анализы, проведенные различными методами, показали, что ГСК действительно воспроизводятся в искусственно созданной среде. По сравнению со стандартными методами культивирования в искусственном костном мозге свои специфические свойства сохраняет большее количество стволовых клеток.
Пока искусственный костный мозг, обладающий основными свойствами природного, будет использоваться для детального изучения взаимодействия материалов и стволовых клеток. Эта информация поможет выяснить, как можно влиять на поведение стволовых клеток с помощью синтетических полимеров. Что касается создания искусственной ниши стволовых клеток для культивирования гемопоэтических стволовых клеток для лечения лейкемии, то, по мнению немецких ученых, на это потребуется десять-пятнадцать лет.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
14.01.2014