3D μυελός των οστών εργαστηρίου

Ερευνητές του Πανεπιστημίου Ταφτς στις ΗΠΑ και του Πανεπιστημίου της Παβίας στην Ιταλία ανέπτυξαν το πρώτο τρισδιάστατο σύστημα που αναπαράγει την πολύπλοκη δομή και φυσιολογία του ανθρώπινου μυελού των οστών ενώ παράλληλα είναι σε θέση να παράγει λειτουργικά ανθρώπινα αιμοπετάλια.

Μια «βιο-μήτρα» από πορώδες μετάξι οδήγησε στην ανάπτυξη του συστήματος το οποίο είναι ικανό να παράγει αιμοπετάλια για μελλοντική κλινική χρήση ενώ παράλληλα ανοίγει τον δρόμο για τη μελέτη στο εργαστήριο των νόσων που συνδέονται με τα αιμοπετάλια. «Υπάρχουν πολλές νόσοι στις οποίες η παραγωγή ή η λειτουργία των αιμοπεταλίων σταματά» ανέφερε μία εκ των κύριων συγγραφέων της μελέτης, η Αλεσάντρα Μπαλντουίνι, αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Ταφτς και αναπληρώτρια καθηγήτρια στο Τμήμα Μοριακής Ιατρικής στο Πανεπιστήμιο της Παβίας. Και προσέθεσε: «Η νέα γνώση σχετικά με τον σχηματισμό των αιμοπεταλίων αναμένεται να έχει μεγάλη επίδραση στους ασθενείς και στην περίθαλψη. Σε αυτό το σύστημα ιστών, μπορούμε να καλλιεργήσουμε μεγακαρυοκύτταρα –τα πρόδρομα κύτταρα των αιμοπεταλίων –του κάθε ασθενούς, καθώς και ενδοθηλιακά κύτταρα τα οποία εντοπίζονται στον μυελό των οστών και προάγουν την παραγωγή αιμοπεταλίων, με στόχο τον σχεδιασμό θεραπευτικών σχημάτων κομμένων και ραμμένων στα μέτρα του κάθε ασθενούς».

Το νέο σύστημα μπορεί επίσης να παρέχει ένα εργαστηριακό σύστημα ιστών in vitro, άκρως πολύτιμο για τη μελέτη των μηχανισμών νόσων του αίματος αλλά και της αποτελεσματικότητας νέων φαρμάκων εναντίον τους. Η εναλλακτική αυτή είναι πιο «ηθική» και λιγότερο ακριβή από τη χρήση μοντέλων ζώων στα πειράματα.

Ενας άλλος εκ των συγγραφέων της μελέτης, ο καθηγητής Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Ταφτς Ντέιβιντ Κάπλαν, τόνισε: «Υπάρχει μεγάλη ανάγκη για συστήματα παραγωγής αιμοπεταλίων με στόχο τη θεραπεία ασθενών με νόσους που πλήττουν τα αιμοπετάλια. Το νέο σύστημα που είναι κομμένο και ραμμένο στα μέτρα του κάθε ασθενούς μπορεί να προσφέρει κλινικές θεραπείες. Επιπλέον τα αιμοπετάλια μπορούν να παραχθούν κατά παραγγελία –γεγονός που θα βάζει τέλος στα προβλήματα αποθήκευσης –σε μεγαλύτερες ποσότητες και με καλύτερη ποιότητα σε ό,τι αφορά τη μορφολογία αλλά και τη λειτουργία τους».

Παράγοντας αιμοπετάλια σε έναν… μεταξένιο βιοαντιδραστήρα

Τα αιμοπετάλια μπορούν να αποδειχθούν «σωτήρια» για τη ζωή ή αντιθέτως να τη θέσουν σε κίνδυνο. Τα κύτταρα αυτά μάς προστατεύουν από το να αιμορραγήσουμε μέχρι θανάτου εξαιτίας τραυματισμών ενισχύοντας την πήξη του αίματος, ωστόσο παίζουν και έναν «κακό» ρόλο ενισχύοντας τα καρδιακά και εγκεφαλικά επεισόδια, τη φλεγμονή και τον καρκίνο.

Το μικροπεριβάλλον του μυελού των οστών παίζει καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη των αιμοπεταλίων και άλλων κυττάρων του αίματος. Οι ιδιότητες της πρωτεΐνης του μεταξιού ήταν καθοριστικής σημασίας στη μίμηση αυτού του μικροπεριβάλλοντος, εξήγησε ο δρ Κάπλαν, εκ των κορυφαίων ερευνητών στη μελέτη του μεταξιού και άλλων καινοτόμων βιοϋλικών, του οποίου το εργαστήριο έχει δημιουργήσει μοντέλα με βάση το μετάξι του εγκεφάλου αλλά και άλλων ιστών.

«Η πρωτεΐνη του μεταξιού διαθέτει μια μοναδική μοριακή δομή η οποία της επιτρέπει να αλλάζει πολλά και διαφορετικά σχήματα αλλά και τον βαθμό ευκαμψίας της, χαρακτηριστικά τα οποία έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζουν τον σχηματισμό και την έκλυση αιμοπεταλίων. Επιπλέον το μετάξι είναι βιοσυμβατό και έχει την ικανότητα να σταθεροποιεί βιοενεργούς παράγοντες σε φυσιολογικές θερμοκρασίες. Ετσι μπορούμε να το κάνουμε «λειτουργικό» προσθέτοντας τέτοιου είδους παράγοντες» είπε ο ειδικός. Είναι επίσης πολύ σημαντικό ότι το μετάξι δεν είναι ενεργό στα αιμοπετάλια, γεγονός που σημαίνει ότι δεν προκαλεί θρόμβωση, επιτρέποντας έτσι τη συλλογή λειτουργικών αιμοπεταλίων από τον βιοαντιδραστήρα.

To νέο σύστημα συνδυάζει μικροσωληνίσκους από μετάξι, κολλαγόνο και φιμπρονεκτίνη (ινοσυνδετίνη) οι οποίοι περιβάλλονται από έναν πορώδη μεταξένιο σπόγγο. Μέσα σε αυτό το περιβάλλον οι ειδικοί εισήγαγαν μεγακαρυοκύτταρα –ορισμένα εκ των οποίων ελήφθησαν από ασθενείς. Κατάφεραν μάλιστα να αυξήσουν την παραγωγή αιμοπεταλίων στον βιοαντιδραστήρα ενσωματώνοντας στο μετάξι ενεργά ενδοθηλιακά κύτταρα και πρωτεΐνες που ενισχύουν τον σχηματισμό αιμοπεταλίων.

Εργαστηριακά τεστ έδειξαν ότι τα αιμοπετάλια που σχηματίστηκαν ήταν σε θέση να δημιουργούν συσσωματώσεις και να προκαλούν πήξη. Παρότι ο αριθμός αιμοπεταλίων που παρήχθησαν ανά μεγακαρυοκύτταρο ήταν μικρότερος σε σύγκριση με εκείνον που παράγεται με φυσικό τρόπο εντός του οργανισμού, οι ερευνητές σημειώνουν ότι το σύστημα που δημιούργησαν έχει σαφή πλεονεκτήματα σε σύγκριση με προηγούμενα μοντέλα.

Οι επιστήμονες που βρίσκονται πίσω από το νέο σύστημα ελπίζουν ότι αυτό θα αποτελέσει μια πλατφόρμα ενδελεχούς μελέτης της διαδικασίας σχηματισμού των αιμοπεταλίων αλλά και των νόσων που σχετίζονται με τα αιμοπετάλια. Ελπίζουν επίσης ότι τα αιμοπετάλια που παράγονται από τον βιοαντιδραστήρα θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή παραγόντων ανάπτυξης για την επούλωση τραυμάτων στην αναγεννητική ιατρική, συμπεριλαμβανομένης της επούλωσης ελκών και εγκαυμάτων, αλλά και για την αναγέννηση οστικού ιστού με στόχο τη χρήση του στην οδοντιατρική αλλά και στην πλαστική χειρουργική του προσώπου.

Η μελέτη σχετικά με το… μεταξένιο σύστημα δημοσιεύθηκε πριν από λίγες ημέρες online στην επιθεώρηση «Blood».