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 трансплантата за счет освобождения места в костном мозге, позволяя донорским клеткам выживать 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 их собственное пространство для жизни и роста без конкуренции, устраняя необходимость уничтожать ранее существовавшие клетки хозяина.«Мы сделали дополнительную кость, которая может отдельно принимать донорские клетки.
Таким образом, мы можем сохранить клетки-хозяева и избежать облучения», — сказал Варгезе.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 предназначены 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.
Внешний матрикс содержит минералы фосфата кальция. Стволовые клетки, выросшие в этом минерализованном матриксе, дифференцируются в клетки, способствующие строительству костей. Внутренний матрикс 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, сформированную в имплантированной костной ткани.В другой серии 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 искусственно созданной костной ткани функционируют аналогично естественной кости», — сказал Ши.«Мы работаем над созданием платформы для создания большего количества стволовых клеток костного мозга.
Это могло бы найти полезное применение для трансплантации клеток в клинике», — сказал Варгезе.