Наши кости – это не просто строительные леса, которые поддерживают органы и ткани в определённом положении. Внутри они заполнены костным мозгом, который является важнейшим органом кровеносной системы и ежедневно производит около 500 миллиардов красных и белых кровяных клеток (эритроцитов и лимфоцитов). Он содержит большое количество стволовых клеток, наиболее близких по строению к эмбриональным.
Тяжёлые формы заболеваний костного мозга часто приводят к необходимости его трансплантации. Такие пациенты сначала подвергаются облучению, чтобы доза радиации уничтожила их собственные стволовые клетки. Иногда лечение сопровождается сильнодействующими лекарственными препаратами. На освободившееся место заселяются донорские клетки. Столь радикальные меры необходимы для того, чтобы полностью исключить конкуренцию между хозяевами и вселенцами и обеспечить максимально комфортные условия для выживания последних.
Очевидно, что описанный метод лечения неизбежно сопровождается побочными эффектами, в частности, тошнотой, усталостью, иногда бесплодием и некоторыми другими.
Перспективное решение проблемы предложила команда биоинженеров из университета Калифорнии в Сан-Диего под руководством Шини Варгиз (Shyni Varghese). Учёные разработали костную ткань, внутри которой донорские клетки имеют собственное пространство и могут жить и развиваться, не отвлекаясь на конкуренцию. Изобретение потенциально снимает необходимость предварительного уничтожения клеток хозяина.
Новый подход, описанный в статье, которая была опубликована в журнале PNAS, заключается в имплантации бионической кости, но не внутрь длинных трубчатых костей, а в какое-либо другое место. Сам имплантат представляет собой диск из пористого гидрогеля, который по строению напоминает срез тех самых трубчатых костей. Внешнее кольцо материала, как и его природный аналог – костная ткань, содержит фосфат кальция.
В итоге стволовые клетки, которые растут во внешней части имплантата, развиваются в клетки костной ткани, а их соседи из неминерализованной матрицы – в кроветворные клетки.
Первые испытания прошли на лабораторных мышах с нормально функционирующим костным мозгом и поражённым радиацией. Животным вживили имплантаты прямо под кожу. Через некоторое время на них образовалась похожая на настоящую кость структура с сетью кровеносных сосудов и костным мозгом, который успешно производил эритроциты. А через четыре недели на имплантатах и в крови грызунов наблюдались как донорские, так и свои собственные клетки. Картина сохранилась и через шесть месяцев эксперимента.
Новый метод имеет ряд существенных ограничений. Он подходит только для пациентов, заболевание которых не имеет злокачественной природы.
В пресс-релизе исследования авторы отмечают, что их результаты имеют большое значение, поскольку они демонстрируют, что донорские клетки могут выживать и функционировать в присутствии собственных клеток хозяина, что ранее было просто невозможно.
Сейчас основной задачей для учёных является получение достаточного количества стволовых клеток из костного мозга, которыми можно будет заселять имплантаты. Исследователи уверены, что их изобретение однажды существенно упростит трансплантацию костного мозга и избавит пациентов от многих побочных эффектов.
Напомним, что среди недавних успехов других исследователей в создании и трансплантации донорских органов были пересадка мыши поджелудочной железы, выращенной в теле крысы, и выращивание ткани кишечника с собственными нервами.