Созданы биоматериалы из шелка для индивидуального лечения

Ученые научились эффективно производить тромбоциты в лаборатории, что открывает новые возможности для медицины.

9 января 2015 года на сайте журнала Blood была опубликована статья, описывающая создание новой методики изучения образования клеток и заболеваний крови. Один из авторов этого исследования, профессор Алессандра Балдуини из Павийского университета, прокомментировала результаты работы для англоязычного издания ИД «ПостНаука» Serious Science.

Что произошло

В этом исследовании мы представляем первую трехмерную систему из клеточной ткани, которая воспроизводит сложную структуру и физиологию человеческого костного мозга и успешно формирует функционирующие человеческие тромбоциты. Используя биологически совместимую матрицу из пористого шелка, эта модель может производить тромбоциты для клинических применений и представляет собой систему получаемой в лаборатории клеточной ткани для продвижения исследований в области заболеваний кровяных тел.

Особые свойства протеина шелка необходимы для успешной имитации микроразмерной среды костного мозга. Протеин шелка обладает уникальной молекулярной структурой, которая позволяет моделировать его с разнообразием форм и степеней жесткости — характеристик, которые, как было продемонстрировано ранее, влияют на формирование и высвобождение тромбоцитов. Шелк является биосовместимым соединением и способен стабилизировать биологически активные компоненты при нормальных температурах, что позволяет «функционализировать» его, добавляя подобные компоненты. Шелк не является активным соединением по отношению к тромбоцитам, то есть он не приводит к тромбообразованию, обеспечивая сбор функционирующих тромбоцитов из биореактора.

В новой модели объединены крученые микротрубки из шелка, коллаген и фибронектин, окруженный пористой шелковой губкой. Мегакариоциты — некоторые из них были получены от пациентов — были занесены в специально созданную микрососудистую систему. Нам удалось увеличить производство тромбоцитов в биореакторе путем встраивания шелка с активными эндотелиальными клетками и связанными с эндотелием молекулярными белками, которые поддерживают образование тромбоцитов.

Тесты в лаборатории показали, что тромбоциты, сформированные и полученные из тканевой системы, могли объединяться и коагулировать. В то время как количество тромбоцитов, полученных на одного мегакариоцита, было ниже того, которое обычно производится в теле, эта система представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с предыдущими моделями. Настраиваемый характер системы биореактора предоставляет конструкторские опции для увеличения «урожая» тромбоцитов в проводимых исследованиях.

Предыстория

Тромбоциты могут спасти жизнь либо представлять для нее угрозу. Эти клетки не позволяют нам истечь кровью после каких-либо повреждений, позволяя нашей крови сворачиваться. Однако они также играют патологическую роль в инфарктах, инсультах, воспалениях и онкологических заболеваниях. Нарушения костного мозга являются результатом заболеваний, травм, а также, возможно, побочного воздействия терапии рака, что приводит к пониженному производству клеток крови и, как следствие, к необходимости переливаний крови. Прогресс в изучении формирования тромбоцитов окажет значительный эффект на пациентов и здравоохранение в целом.

Система была разработана в Италии и США в результате постоянного сотрудничества международной группы ученых. В 2008 году я была на встрече в Университете Тафтса, чтобы обсудить мои исследования клеток крови и матричные факторы, которые важны для контроля над функциями клеток крови. В ходе дискуссии Дэвид Каплан и я пришли к выводу, что исследования клеток и заболеваний крови и 3D-печать клеточных тканей, включая работы по трубчатым системам из шелка для сосудов, потенциально можно плодотворно совместить. Это привело к совместным исследованиям, ранней модели и полученной сейчас системе, которая не только позволяет получать больше тромбоцитов, но и лучше поддается настройке.

Совместные исследования, основанные на усилиях множества ученых, очень важны для достижения подобного прогресса, так же как и участие талантливых и мотивированных студентов.

Перспективы

Трехмерное моделирование клеточной ткани позволяет получить в лаборатории тканевую систему, с помощью которой можно изучать заболевания крови и прогнозировать эффективность новых лекарств, причем с большей точностью и меньшей стоимостью по сравнению с моделями на животных in vivo.

Кроме тромбоцитов эта модель костного мозга может быть использована для изучения производства других типов клеток крови и связанных с ними болезней. Эта система, ориентированная на пациента, позволяет углубить наше понимание и предоставляет новые возможности в сфере клинической терапии.

В будущем тромбоциты можно будет производить по желанию, избегая сложностей с их хранением. Также эти клетки могут производиться в больших количествах, они могут быть лучшего качества и более контролируемы, если говорить об их морфологии и функциях.

Наконец, произведенные таким образом тромбоциты могут быть использованы в качестве факторов роста при лечении различных ран в рамках регенеративной медицины, включая лечение язв и ожогов, а также стимуляцию регенерации костной ткани в лечении зубов и челюстно-лицевой пластической хирургии.