Forskere har udviklet en metode til at lave minimodeller af menneskeknogler i laboratoriet. Knoglerne gør det meget lettere at studere sygdomme som blodkræft og knoglemetastaser, og så kan de muligvis bruges til at afprøve, om specifikke lægemidler virker på den enkelte kræftpatient.
Når forskere skal studere levende biologi i laboratoriet, vil de helst gøre det i systemer, der er så tæt på virkeligheden som muligt.
Det gælder også, når de vil studere biologien i menneskers knogler og blandt andet forstå, hvorfor vi udvikler blodkræft eller knoglemetastaser. Problemet er i den sammenhæng, at det indtil nu ikke har været muligt at studere den slags ting i andet end knogler fra mus, som alt andet lige ikke er identiske med knogler fra mennesker.
Det problem har forskere nu løst ved at udvikle en metode til at lave humane miniknogler i laboratoriet.
Knoglerne er lavet af humane stamceller og er derfor meget bedre egnet til at studere en hel masse aspekter af knoglehelbred hos mennesker.
Det gør det også lettere at udvikle lægemidler mod sygdomme, der rammer knoglerne.
”Vi mangler stadig at forstå en masse af det, som sker i menneskers knogler. Det skyldes blandt andet, at vi ikke før har haft adgang til gode systemer til at studere biologien i menneskeknogler. Blandt andet på den baggrund fejler op imod 90 pct. af alle lægemiddelkandidater, simpelthen fordi de har vist sig at have en effekt i dyremodeller, men ikke i mennesker. Med udviklingen af vores model for menneskeknogler kan vi meget bedre studere humane sygdomme og effekten af lægemidler til at behandle dem,” forklarer en af forskerne bag studiet, lektor Paul Bourgine fra Lunds Universitet.
Forskningen er offentliggjort i Science Translational Medicine.
Implanterer brusk fra mennesker ind i ryggen på mus
I studiet har forskerne meget simpelt gjort det, at de har udviklet en metode til med en cellelinje fra mennesker at danne knogler i laboratoriet.
Der er tale om de såkaldte mesynkymale stamceller, der kan blive til bruskceller og derefter til andre cellers som knogleceller og fedtceller.
Stamcellerne påvirker forskerne med forskellige biokemiske faktorer, der får dem til at blive til bruskceller, som forskerne dyrker på en slags ”svamp” af kollagen i laboratoriet for at give bruskcellerne en tredimensionel struktur.
Når først bruskcellerne har dannet den rette struktur, hvilket tager cirka tre uger, opererer forskerne bruskstykket ind under huden i ryggen på mus. Her udvikler bruskstykket sig og danner naturligt knogle og knoglemarv som i en rigtig knogle i et menneske.
”Vores miniknogler udvikler sig, som knoglerne gør hos en teenager. Brusken bliver kalcificeret og befolket med knoglemarvsceller. Musenes biologi hjælper de humane bruskceller med at modne til humane knogler, og vi injicerer hæmatopoietiske stamceller i miniknoglen for at rekonstituere human knoglemarv,” forklarer Paul Bourgine.
Gøre forskere klogere på biologien bag kræft
Med miniknoglerne kan forskerne meget lettere studere knoglebiologi og blive klogere på alle de mekanismer og signalveje, der skal til for at få sunde og raske knogler til at fungere, som de skal.
De kan også tage syge celler fra for eksempel en person med knoglemarvskræft og dyrke dem i miniknoglerne. Derved kan de blive klogere på den specifikke sygdomsbiologi hos den enkelte person.
”Mange kræftformer kan ikke studeres ordentligt i dag, fordi der ikke findes nogen gode modeller for dem. Nogle slags kræftceller kan hverken vokse i musemodeller eller frit i laboratoriet, men de kan i vores miniknogler, og vi kan studere dem der. Det kan vi gøre for knoglemarvs- og blodkræft, som er opstået i vores knogler, generelt ved at bruge kræftceller isoleret fra patienterne. Dette giver en personlig platform til at studere kræftudviklingen hos en given person,” siger Paul Bourgine.
Kan kortlægge biologien bag metastaser
Foruden at studere de knoglespecifikke kræftsygdomme kan forskerne også blive klogere på de sygdomme, der starter et andet sted i kroppen, men gerne bevæger sig ind i knoglerne.
Det drejer sig blandt andet om brystkræft eller kræft i hjernen.
Når disse kræftformer bevæger sig ind i knoglerne, kommer det med en rigtig skidt prognose for patienterne.
”Vi kan isolere de forskellige former for kræft og se, hvorfor de er så gode til at vokse i knoglerne. Kan vi kortlægge mekanismerne, kan vi måske også udvikle lægemidler til at forhindre, at det sker,” forklarer Paul Bourgine.
I det hele taget ser Paul Bourgine store medicinske perspektiver i miniknoglerne.
Mange sygdomme er relateret til for eksempel for høj eller for lav produktion af forskellige blodceller.
Disse sygdomme udspringer alle sammen fra knoglerne, og ved at studere det genetiske udtryk i de celler, der er ansvarlige for produktionen af den ene type blodceller eller den anden, kan forskerne få indsigt i, hvordan man medicinsk kan påvirke cellerne til at være mere eller mindre aktive og derved kurere den givne sygdom. Det kan for eksempel dreje sig om polycytæmi eller aplastisk anæmi, der er kendetegnet ved hhv. for høj eller lav produktion af blodceller.
Et skridt i retning af personlig medicin
En helt anden mulighed er at dyrke celler fra en kræftpatient i miniknoglerne og derefter undersøge, hvordan forskellige typer af behandling har en effekt på den specifikke kræftform. Derved kan læger identificere den mest effektive behandling til den enkelte patients kræftform, inden de giver den til patienten.
”Vores ambition er at bruge vores model som en personaliseret lægemiddelplatform, hvor vi kan differentiere behandlingen til den enkelte patient. Det er der i den grad behov for for at kunne yde den bedste individualiserede behandling,” siger Paul Bourgine.
Endelig ser forskeren også et potentiale inden for transplantationer af knogler.
De bruskstykker, som forskerne arbejder med, kan nemlig rengøres for celler. Det betyder, at immunforsvaret ikke går til angreb på bruskstykket, når det bliver transplanteret ind i mus – eller for den sags skyld mennesker – for at erstatte noget, der er ødelagt.
”Samtidig kan bruskstykkerne afstedkomme en fantastisk knoglevækst, der kan erstatte ødelagt knogle, og de kan gøre det uden behov for immunsuppression af patienten. Det er et helt tredje potentiale i den model, som vi har udviklet,” siger Paul Bourgine.
