Костный мозг на чипе

Исследователи из Института биологически инспирированной инженерии Висса при Гарварде создали новую модель «орган-на-чипе», воспроизводящую структуру, функции и клеточный состав костного мозга. Ранее этот сложный орган можно было изучать только в живых организмах. О разработке сообщается в онлайн-выпуске журнала Nature Methods от 4 мая 2014 года. Устройство «костный мозг-на-чипе» предоставляет учёным новый инструмент для тестирования эффектов лекарств и токсичных веществ на целый костный мозг.

Потенциальное применение:

• Тестирование радиозащитных препаратов: Устройство может использоваться для разработки стратегий защиты костного мозга от летального воздействия радиации без экспериментов на животных. Эта задача уже решается в институте при финансировании FDA. В первичном тесте искусственный мозг, как и человеческий, погибал от радиации, если не присутствовал препарат, предотвращающий радиационное поражение.
• Персонализированная медицина: В будущем технология может позволить временно сохранять собственный костный мозг пациента во время повреждающих его терапий (радиотерапия, высокодозная химиотерапия).

Сложность задачи и решение

Костный мозг — сложный орган, производящий все типы клеток крови. Он находится внутри трабекулярной (губчатой) кости, где условия (температура, уровень кислорода) варьируются, а множество типов клеток взаимодействуют через биомолекулы. Вместо попытки воссоздать эту структуру «клетка за клеткой», исследователи использовали организм мыши как «биореактор». В кольцевидную форму, имплантированную под кожу животной спины, помещали костный порошок. Через 8 недель в форме формировалась кость с губчатой структурой, идентичной натуральной трабекулярной кости, заполненная функциональным костным мозгом с полным набором клеток крови.

Создание работающей модели in vitro

Для поддержания жизнеспособности искусственной кости с мозгом вне живого организма её поместили в микрофлюидное устройство, имитирующее циркуляцию питательных веществ и удаление отходов. В таком устройстве костный мозг оставался здоровым до одной недели — срока, достаточного для тестирования лекарств.

Перспективы

• Используя иммунодефицитных мышей, можно вырастить человеческий костный мозг на чипе для персонализированного скрининга лекарств.
• Система, способная генерировать клетки крови, может стать частью сети взаимосвязанных «органов-на-чипе» для изучения сложной физиологии человека. Работа над такой сетью из десяти органов ведётся в Институте Висса при финансировании DARPA.