Костный мозг на микрочипе.

Группа ученых из Института бионики Висса Гарвадского университета представил новый «орган на микрочипе» - устройство, которое полностью воспроизводит структуру, функционирование и анатомию костного мозга.

Устройство даст возможность ученым проводить тестирование новых лекарств на степень токсического воздействия, влияние физических и химических факторов на костный мозг. Также «орган на микрочипе» может использоваться для разработки эффективной стратегии с целью предупреждения негативного эффекта от ионизационного облучения без использования лабораторных животных.

Руководитель исследования профессор Дон Ингбер говорит: «Костный мозг чрезвычайно сложный орган, который ответственный за продуцирование всех форменных элементов крови. Наш чип костного мозга сможет воспроизвести все эти сложные процессы «в пробирке»».

Профессор Дон Ингбер является руководитель проекта по созданию человеческих органов на чипах – небольших микрофлюидальных устройств, которые имитируют физиологические процессы живых органов. Исследователи уже создали микрочипы функционирования легких, сердца, почек и кишечника. Новая технология нацелена заменить лабораторных животных клиническом испытании новых лекарств и внешних токсинов, а также при моделировании ряда заболеваний человека.

При создании предыдущих моделей исследователи использовали комбинацию различных типов клеток с органов в микрофлюидном чипе, обеспечивали их рост, жизнедеятельность и воздействие механических сил, которые испытывает ткани в организме. Но костный мозг такой сложный орган, что необходимо было разработать новый подход для разработки биологической модели.

Сложность в создании модели заключалась в интеграционной связи с костью. Клетки мозга расположены внутри трабекулярной кости, которая имеет ячеистую структуру. Благодаря этой структуре, возникают различные условия в разных точках. В некоторых зонах более тепло, в некоторых – холоднее, другие – лучше снабжаются кислородом, другие – хуже, кроме того различные типы клеток имеет свое место локализации. В дополнение ко всему, клетки костного мозга осуществляют коммуникацию через секрецию биомолекул, которые действуя локально, приказывают развиваться, специализироваться или умирать.

При создании такой комплексной структур, исследователи использовали модель костного мозга лабораторной мыши. Один из участников исследования говорит: «Мы подумали, почему бы матери-природе не помочь нам, тем более она уже знает, как это делается».

При гистологических исследованиях микроструктура ткани костного мозга представляет собой трабекулярную сеть с цветными включениями клеток крови и развитой сосудистой системой. Исследователи попробовали в точности продублировать это строение. На кольцеобразную основу размером с мелкую монету был нанесен сухой костный порошок и имплантирован под кожу лабораторной мыши.

Через 8 недель диск был удален из животного и просканирован с помощью трехмерной компьютерной томографии. Сканирование показало, что сотовая структура на муляже была практически идентичная естественному костному мозгу.

Микроскопия также подтвердила полное соответствие муляжа тканям живого костного мозга. Ячейки ткани содержали такие типы и число форменных элементов крови, которые характерны для костного мозга лабораторного животного.

Затем конструкция с живыми клетками была размещена микрофлюидальном устройстве, которые обеспечило циркуляцию питательных веществ, характерных для живой ткани. Ткань в устройстве оставалась здоровой и жизнеспособной в течение одной недели. Этого срока достаточно для тестирования новых лекарств на токсичность и эффективность.

Устройство прошло первичное испытание на возможность использования в фармакологии. В настоящее время исследователи планируют «вырастить» костный мозг на мыши, пораженной ВИЧ вирусом, для тестирования новых антивирусных препаратов.

Результаты исследования были представлены в майском выпуске онлайн журнала Nature Methods.