Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали биомиметические костные ткани, которые однажды могут стать источником нового костного мозга для пациентов, нуждающихся в трансплантации.
Трансплантация костного мозга используется для лечения пациентов с заболеванием костного мозга. Перед трансплантацией пациенту сначала вводят дозы радиации, иногда в сочетании с лекарствами, чтобы убить любые существующие стволовые клетки в костном мозге пациента. Эта предварительная обработка предназначена для улучшения успеха трансплантации за счет освобождения места в костном мозге, позволяя донорским клеткам выжить и расти без конкуренции со стороны собственных клеток пациента. Но это лечение часто сопровождается вредными побочными эффектами, такими как тошнота, усталость, потеря фертильности и другие.
Чтобы решить эти проблемы, команда под руководством профессора биоинженерии Шини Варгезе из инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс разработала костный имплант, который дает донорским клеткам свое собственное пространство для жизни и роста без конкуренции, устраняя необходимость уничтожать ранее существовавшие клетки хозяина.
"Мы сделали дополнительную кость, в которую могут отдельно вставляться донорские клетки. Таким образом, мы можем сохранить клетки-хозяева и избежать облучения," Варгезе сказал.
Исследователи разработали костные ткани с функциональным костным мозгом, которые можно заполнить донорскими клетками и имплантировать под кожу мышей. Донорские клетки выживали не менее шести месяцев и снабжали мышей новыми кровяными клетками. Варгезе и ее команда опубликовали свою работу 8 мая в PNAS.
"В будущем наша работа может способствовать совершенствованию методов лечения заболеваний костного мозга," сказал Ю-Ру (Вернон) Ши, научный сотрудник лаборатории Варгезе и первый автор исследования.
Варгезе предупреждает, что эти имплантаты будут использоваться только для пациентов с доброкачественными заболеваниями костного мозга, у которых нет раковых клеток, которые необходимо удалить. Примеры включают апластическую анемию, при которой организм не может производить достаточное количество тромбоцитов и клеток крови, а также низкие показатели крови и иммунную атаку костного мозга, вызванную дефектными или аномальными стволовыми клетками костного мозга.
Имплантаты имитируют структуру длинных костей тела, состоящую из внешнего костного отсека и внутреннего костного мозга. Имплантаты изготовлены из пористой гидрогелевой матрицы. Внешняя матрица содержит минералы фосфата кальция. Стволовые клетки, выращенные в этом минерализованном матриксе, дифференцируются в клетки, способствующие строительству костей. Внутренняя матрица содержит донорские стволовые клетки, которые производят клетки крови.
При имплантации под кожу мышей структуры созревают в костные ткани, которые имеют работающую сеть кровеносных сосудов и костный мозг внутри, который поставляет новые клетки крови. Через четыре недели исследователи обнаружили, что имплантированный костный мозг содержал смесь клеток крови хозяина и донора. Они также обнаружили, что эта смесь циркулирует в кровотоке этих мышей даже через 24 недели.
По мнению исследователей, эти результаты важны, потому что они указывают на то, что: имплантированный костный мозг функционирует; донорские клетки могут расти и выживать в течение длительных периодов времени в присутствии клеток-хозяев; и что клетки-хозяева и доноры могут перемещаться между имплантированным костным мозгом и циркулирующей кровью хозяина – через сеть кровеносных сосудов, образованную в имплантированной костной ткани.
В другом наборе экспериментов исследователи взяли стволовые клетки из имплантированного костного мозга и трансплантировали их второй группе мышей, у которых стволовые клетки костного мозга были разрушены радиацией и лекарствами. Они обнаружили, что трансплантированные клетки проникли в кровоток этих мышей. "Мы провели эти эксперименты, чтобы показать, что клетки костного мозга из искусственных костных тканей функционируют аналогично естественным костным тканям," Ши сказал.
"Мы работаем над созданием платформы для создания большего количества стволовых клеток костного мозга. Это было бы полезно для трансплантации клеток в клинике," Варгезе сказал.