Zespół badaczy opracował laboratoryjny odpowiednik ludzkiego szpiku kostnego, który wiernie odwzorowuje skomplikowaną architekturę kryjącą się wewnątrz kości. Miniaturowy system zawiera komplet komórek i sygnałów niezbędnych do wytwarzania krwi — i utrzymuje ten proces przez wiele tygodni. Otwiera to drogę do nowoczesnych metod testowania leków, dokładniejszego badania nowotworów krwi, a w dalszej perspektywie do opracowania terapii dostosowanych do indywidualnych potrzeb pacjentów.
„Fabryka krwi” opracowana przez naukowców. To przełom?
„Fabryka krwi” w ludzkim organizmie to misternie zorganizowana tkanka złożona z komórek kostnych, nerwowych, naczyń krwionośnych oraz licznych innych elementów. Portal sciencedaily.com donosi, że badaczom udało się odtworzyć tę złożoną sieć w warunkach laboratoryjnych, korzystając wyłącznie z komórek ludzkich – co stanowi pierwsze tego typu osiągnięcie. Dzięki odkryciu prawdopodobnie będzie można ograniczyć konieczność wykonywania eksperymentów na zwierzętach.
Na co dzień szpik kostny działa dyskretnie – pozostaje niezauważony, dopóki jego funkcja nie ulegnie zaburzeniu – na przykład w chorobach nowotworowych krwi. Wtedy zrozumienie, jak powstają komórki krwi i co zakłóca ten proces, staje się absolutnie kluczowe.
Przez wiele lat badacze opierali się głównie na eksperymentach na zwierzętach lub uproszczonych modelach, które nie były w stanie wiernie naśladować ludzkiego środowiska szpikowego. Teraz naukowcy z Wydziału Biomedycyny Uniwersytetu w Bazylei oraz Szpitala Uniwersyteckiego w Bazylei opracowali pełnowymiarowy model zbudowany całkowicie z ludzkich komórek. Zespół kierowany przez profesora Ivana Martina i doktora Andrésa Garcíę-Garcíę opisuje w czasopiśmie „Cell Stem Cell”, że platforma może wspierać badania nad nowotworami krwi, testowanie terapii oraz — być może — personalizowane leczenie.
Odtworzenie nisz szpiku. Klucz do zrozumienia chorób krwi
W szpiku kostnym występują wyspecjalizowane mikrośrodowiska, tak zwane nisze. Jedna z najistotniejszych znajduje się blisko powierzchni kości i odpowiada zarówno za powstawanie nowych komórek krwi, jak i za odporność nowotworów krwi na leczenie. To tak zwana nisza śródkostna, obejmująca naczynia krwionośne, komórki odpornościowe, nerwy i komórki kostne. Do tej pory nie istniał żaden model stworzony z ludzkich komórek, który odtworzyłby pełen zestaw tych elementów.
Zespół badawczy przełamał tę barierę. Najpierw wykonano sztuczną strukturę przypominającą kość, wykorzystując hydroksyapatyt – minerał naturalnie obecny w zębach i kościach. Następnie użyto ludzkich komórek przeprogramowanych do pluripotentnych komórek macierzystych, które potrafią różnicować się w rozmaite typy komórek w zależności od sygnałów z otoczenia.
Trójwymiarowy system funkcjonuje jak prawdziwy szpik
Komórki macierzyste zostały umieszczone w sztucznym szkielecie i przeprowadzone przez odpowiednie etapy rozwoju, aby uzyskać różnorodność komórek typową dla naturalnego szpiku. Analiza wykazała, że trójwymiarowa struktura niemal idealnie odwzorowuje ludzką niszę śródkostną.
Co więcej, model jest większy niż wcześniejsze konstrukcje – ma około 8 milimetrów średnicy i 4 milimetry grubości – co umożliwiło utrzymanie ciągłej produkcji ludzkich komórek krwi przez kilka tygodni.
Ograniczenie testów na zwierzętach
„Wiele dowiedzieliśmy się o działaniu szpiku kostnego dzięki badaniom na myszach. Jednak nasz model przybliża nas do biologii organizmu ludzkiego. Może on stanowić uzupełnienie wielu eksperymentów na zwierzętach w badaniach nad hematopoezą, zarówno u osób zdrowych, jak i chorych” – podkreśla profesor Ivan Martin.
To osiągnięcie wpisuje się w globalne dążenie, aby tam, gdzie to możliwe, ograniczać testy na zwierzętach.
Model może również znaleźć zastosowanie w testowaniu leków. Jednak, jak zaznacza doktor Andrés García-García, „w tym konkretnym celu rozmiar naszego modelu szpiku kostnego może być zbyt duży”. Aby umożliwić testowanie wielu dawek lub terapii jednocześnie, potrzebne będzie jego zmniejszenie.
W przyszłości takie podejście może umożliwić tworzenie modeli szpiku dopasowanych do konkretnego pacjenta, które pozwolą lekarzom porównać skuteczność terapii i wybrać najlepszą opcję.