Για πρώτη φορά στην μηχανική της βιολογίας κατασκευάστηκε αντίγραφο του εργοστασίου παραγωγής αίματος του σώματος μας, του μυελού των οστών, εξ ολοκλήρου από ανθρώπινα κύτταρα.

Ο μυελός των οστών είναι ένας μαλακός, σπογγώδης ιστός που βρίσκεται στις εσωτερικές κοιλότητες των οστών. Λειτουργεί ως το εργοστάσιο παραγωγής όλων στοιχείων του αίματος και του ανοσοποιητικού συστήματος που μεταφέρονται μέσω του κυκλοφορικού συστήματος σε όποιο σημείο του σώματος είναι απαραίτητα. 

Ο ερυθρός μυελός των οστών (medulla ossium rubra), που αποτελείται κυρίως από αιμοποιητικό ιστό, παράγει από αιμοποιητικά βλαστοκύτταρα ερυθρά αιμοσφαίρια, λευκά αιμοσφαίρια και αιμοπετάλια, δημιουργώντας δισεκατομμύρια νέα κύτταρα αίματος κάθε μέρα. 

Ο δεύτερος τύπος μυελού των οστών, ο ωχρός ή κίτρινος (medulla ossium flava), αποτελείται κυρίως από λιποκύτταρα και μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα, δεν παράγει κύτταρα του αίματος (~50% του μυελού των οστών στους ενήλικες είναι κίτρινος). Ο κίτρινος μυελός των οστών διατηρεί το αιμοποιητικό του δυναμικό και σε παθολογικές καταστάσεις, όπως σε περιπτώσεις σοβαρής αιμορραγίας, υποξυγοναιμίας ή υπερβολικής καταστροφής ερυθροκυττάρων, ο κίτρινος μυελός των οστών μπορεί επαγωγικά να μετατραπεί σε ερυθρό μυελό των οστών. 

Η κατανόηση της αιμοποίησης αλλά και πώς μπορούν να προκληθούν διαταραχές και καρκίνος είναι καθοριστικής σημασίας για την αντιμετώπισή τους. Σήμερα η έρευνα βασίζεται σε ζωικά μοντέλα μη ανθρώπινης προέλευσης και σε καλλιέργειες κυττάρων στο εργαστήριο. Για να καλυφθεί αυτό το κενό, μια ομάδα βιοϊατρικών ερευνητών δημιούργησε το πρώτο ρεαλιστικό μοντέλο μυελού των οστών, κατασκευασμένο εξ ολοκλήρου από ανθρώπινα κύτταρα. Το μοντέλο θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη εξατομικευμένων θεραπείων, πιο στοχευμένων αντικαρκινικών αγωγών και μείωση της χρήσης πειραματόζωων.

Ο μυελός των οστών δεν είναι ομοιόμορφος, αλλά αποτελείται και από εξειδικευμένα μικροπεριβάλλοντα (niches). Ένα από αυτά, η ενδοστική θέση (endosteal niche), είναι σημαντική για την παραγωγή αίματος και σχετίζεται με την ανθεκτικότητα των καρκίνων του αίματος στις θεραπείες. Βρίσκεται κοντά στην επιφάνεια του οστού και αποτελείται από αιμοφόρα αγγεία, οστικά κύτταρα, νεύρα και κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Τα προηγούμενα μοντέλα ανθρώπινου μυελού δεν περιλάμβαναν όλα αυτά τα πολύπλοκα κυτταρικά στοιχεία — σε αντίθεση με το νέο μοντέλο.

Για την κατασκευή αυτού του σύνθετου ιστού, οι ερευνητές έφταιξαν μία δομή οστού από υδροξυαπατίτη, ένα φυσικό συστατικό των οστών και των δοντιών που τους προσδίδει σκληρότητα. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν ανθρώπινα κύτταρα που είχαν επαναπρογραμματιστεί σε πολυδύναμα βλαστοκύτταρα. Αυτά μπορούν να εξελιχθούν σε οποιοδήποτε κύτταρο ή ιστό του σώματος, ανάλογα με τα σήματα που λαμβάνουν από το περιβάλλον τους.

Τα βλαστοκύτταρα τοποθετήθηκαν στην τεχνητή οστική δομή και, για να προσομοιωθεί καλύτερα το ανθρώπινο σώμα, καθοδηγήθηκαν ώστε να παράγουν τα διαφορετικά είδη κυττάρων που βρίσκονται στον πραγματικό μυελό των οστών.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτό το τρισδιάστατο μοντέλο, διαμέτρου 8mm και πάχους 4mm, μοιάζει πολύ με την ανθρώπινη ενδοστική θέση και είναι μεγαλύτερο από τα προηγούμενα συστήματα. Επιπλέον, μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να διατηρήσουντην τη διαδικασία της ανθρώπινης αιμοποίησης στο εργαστήριο για εβδομάδες.

Αν και έχουμε μάθει πολλά για τον τρόπο λειτουργίας του μυελού των οστών από μελέτες σε ποντίκια, το μοντέλο αυτό μας μας φέρνει πιο κοντά στη βιολογία του ανθρώπινου οργανισμού. Μπορεί να λειτουργήσει συμπληρωματικά σε πολλά πειράματα σε ζώα για τη μελέτη της αιμοποίησης, τόσο σε υγιείς όσο και σε ασθενείς καταστάσεις.

Ένα βήμα προς την εξατομικευμένη ιατρική

Αυτό το σύστημα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων και θεραπειών. Ωστόσο, για να δοκιμαστούν πολλά φάρμακα και δόσεις ταυτόχρονα, το μοντέλο θα πρέπει να γίνει μικρότερο.

Ακόμη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη πιο εξατομικευμένων θεραπειών για καρκίνους του αίματος, δημιουργώντας μοντέλα μυελού των οστών από τα ίδια τα κύτταρα του κάθε ασθενούς.