Het proces om beenmerg te vormen waar bloedcellen ook daadwerkelijk worden aangemaakt  (afb: Ivan Martin et al./Cell Stem Cell)

Onderzoekers hebben het menselijk beenmergsysteem in het klein nagebouwd dat net echt lijkt. Het model bevat de volledige mengeling van cellen en signalen die nodig zijn voor de bloedcelproductie en houdt dit proces zelfs wekenlang in stand.
De ‘bloedfabriek’ van ons lichaam bestaat uit zeer gespecialiseerd weefsel met botcellen, zenuwen, bloedvaten en verschillende andere celtypen. Onderzoekers hebben dit complexe netwerk nu voor het eerst in het laboratorium nagebouwd met uitsluitend menselijke cellen. Dit systeem zou het aantal dierproeven dat nodig is voor veel soorten onderzoek kunnen verminderen.
Het beenmerg functioneert normaal gesproken geruisloos en blijft grotendeels onopgemerkt. Het komt pas in het middelpunt van de belangstelling te staan ​​wanneer de functie ervan hapert, zoals bij bloedkankers. Op die momenten is het essentieel om te weten hoe bloed normaal gesproken wordt geproduceerd en wat de oorzaak is van de afbraak van dat proces.
Decennialang waren de meeste studies naar beenmerg gebaseerd op dieronderzoek of vereenvoudigde celsystemen die de menselijke omgeving niet volledig konden nabootsen. Onderzoekers van de afdeling biomedische wetenschappen en het universitair ziekenhuis van de universiteit van Bazel (Zwi) hebben nu een realistisch beenmergmodel ontwikkeld dat volledig is gemaakt van menselijke cellen. De onderzoekers, onder aanvoering van Ivan Martin en Andrés García García, stellen dat dit platform bloedkankeronderzoek, medicijntests en mogelijk toekomstige gepersonaliseerde behandelingen kan ondersteunen.
Beenmerg bevat verschillende gespecialiseerde micro-omgevingen, ook wel ‘niches’ genoemd. Eén niche die een centrale rol speelt bij de aanmaak van nieuwe bloedcellen, bevindt zich vlak onder het botoppervlak en is gekoppeld aan de weerstand van bloedkanker tegen behandeling. Deze niche, de endostale niche, bevat bloedvaten, afweercellen, zenuw- en botcellen. Tot nu toe was geen enkel menselijk model erin geslaagd al deze componenten in één systeem te integreren.

De Bazelaars hebben nu een model nagebootst dat dicht in de buurt van de werkelijkheid komt. Hun werk begon met een kunstbot van hydroxyapatiet (Ca₅(PO₄)₃OH), een natuurlijk mineraal dat voorkomt in tanden en botten.
Vervolgens gebruikten ze menselijke cellen die met behulp van moleculair biologische technieken waren geherprogrammeerd tot pluripotente stamcellen. Deze stamcellen kunnen zich ontwikkelen tot vele verschillende celtypen op basis van de signalen in hun omgeving.
De onderzoekers leidden deze stamcellen in de kunstmatige botstructuur door gecontroleerde ontwikkelingsstappen om een ​​breed scala aan beenmergceltypen te produceren. Hun analyse toonde aan dat de resulterende driedimensionale structuur nauw aansluit bij de menselijke endostale niche. Deze is ook groter dan eerdere modellen, met een diameter van 8 mm en een dikte van 4 mm. Met dit model konden de onderzoekers de aanmaak van menselijke bloedcellen in het laboratorium enkele weken lang in stand houden.

Muizenstudies

“We hebben veel geleerd over de werking van beenmerg door muizenstudies”, zegt Martin. “Ons model brengt ons echter dichter bij de biologie van het menselijk organisme. Het zou een aanvulling kunnen vormen op veel dierproeven bij het bestuderen van bloedvorming, zowel bij gezonde als zieke patiënten.” Dit doel sluit aan bij de bredere inspanningen van de universiteit om dierproeven waar mogelijk te verminderen, te verfijnen en te vervangen.
Het systeem zou ook de ontwikkeling van geneesmiddelen kunnen ondersteunen. “Voor dit specifieke doel is ons beenmergmodel echter mogelijk te groot”, legt García García uit. Om veel geneesmiddelen of doses tegelijkertijd te testen, zou het platform kleiner moeten worden gemaakt.

In de toekomst zou deze aanpak kunnen helpen bij het sturen van gepersonaliseerde behandelbeslissingen voor bloedkankers. Onderzoekers verwachten patiëntspecifieke beenmergmodellen te creëren waarmee artsen therapieën kunnen testen en de meest effectieve optie voor elk individu kunnen identificeren. Er zijn nog verdere verbeteringen nodig voordat dit mogelijk is, maar het onderzoek is alvast een belangrijke eerste stap. Wat dat allemaal zou moeten kosten vertelt het verhaal/persbericht niet.

Bron: Science Daily