Способность костного мозга вырабатывать здоровые клетки крови значительно снижается с возрастом, что приводит к возрастным воспалениям и заболеваниям. Группа исследователей из Института молекулярной биомедицины Макса Планка в Мюнстере, Германия, показала, что костный мозг черепа является исключением из процесса старения костного мозга и фактически увеличивает выработку крови на протяжении всей жизни. Специализированные кровеносные сосуды в костном мозге черепа также продолжают расти и стимулировать это расширение, что делает этот случай уникальным случаем пожизненного роста сосудов в стареющем организме.
Микросреда костного мозга управляет самообновлением и судьбой гемопоэтических стволовых клеток, которые производят все клетки крови в нашем организме. Эта сложная и тонко настроенная сеть поддержания гемопоэтических стволовых клеток нарушается в процессе старения, что приводит к непропорциональному производству иммунных клеток и общему снижению их функции.
Кровяные сосуды, критический компонент этой ниши, уменьшаются в количестве и теряют функциональную целостность в большинстве органов при старении. Чрезмерное накопление жира, потеря костной массы, сильное воспаление и сильный перевес миелоидных клеток над лимфоцитами также являются основными признаками старения костного мозга.
Большинство костей в нашем теле содержат костный мозг, но длинные кости, такие как руки и ноги, и плоские кости, такие как череп , формируются посредством различных процессов развития и окостенения. Череп мыши, благодаря своим тонким и почти прозрачным физическим свойствам, долгое время использовался в качестве платформы для прижизненной визуализации для отслеживания активности гемопоэтических стволовых клеток в костном мозге живых мышей, предполагая, что все микросреды костного мозга в разных костях сопоставимы.
Уникальная среда в черепе
Ученые из Института Макса Планка подвергли сомнению это предположение и задались вопросом: все ли отделы костного мозга стареют одинаково? Теперь они обнаружили, что костный мозг черепа обладает уникальными свойствами, которые позволяют ему непрерывно расширяться во взрослом возрасте и оставаться удивительно устойчивым к признакам старения на протяжении всей жизни.
Это поразительное наблюдение было сделано, когда группа исследователей Макса Планка во главе с Ральфом Х. Адамсом использовала специальную технику визуализации для визуализации всей сосудистой сети и всех клеток костного мозга во всем своде черепа, который является крышей черепа. Используя этот метод иммунофлуоресценции in vivo, ученые смогли сравнить общие изменения в костном мозге свода черепа в процессе старения.
Работа опубликована в журнале Nature.
Свод черепа заполнен костным мозгом и кровеносными сосудами
Бонг-Ин Кох, первый автор исследования и научный сотрудник лаборатории Ральфа Х. Адамса, столкнулся с совершенно неожиданной трансформацией при сравнении черепов полностью взрослых молодых особей и 95-недельных старых мышей.
«В своде черепа молодого взрослого человека очень мало костного мозга, и я не ожидал увидеть каких-либо серьезных изменений в общем количестве костного мозга в процессе старения. Но когда я впервые взглянул на черепа старых мышей, я был поражен, увидев, что свод черепа теперь полностью заполнен костным мозгом и полон кровеносных сосудов».
Этот непрерывный рост костного мозга черепа также наблюдался при компьютерной томографии (КТ) молодых людей по сравнению с пожилыми людьми.
Используя различные фармакологические методы лечения для модуляции кровеносных сосудов, ученые обнаружили, что непрерывный рост сосудов в костном мозге черепа приводит к его существенному расширению на протяжении всей жизни.
«Большинство сосудистых русел в различных органах нашего тела уменьшаются в количестве и функции в процессе старения. Массовое расширение костного мозга черепа в процессе старения, безусловно, удивительно, но существенное увеличение кровеносных сосудов в костном мозге черепа было еще более удивительным. Мы считаем, что это совершенно уникальный случай пожизненного роста сосудов в нашем организме», — говорит Кох.
С возрастом не только значительно увеличился костный мозг и сосудистая сеть черепа, но и микросреда гемопоэтических стволовых клеток оставалась устойчивой к основным признакам старения и оставалась на удивление здоровой на протяжении всей жизни.
«Все основные признаки старения, наблюдаемые в бедренной кости стареющих мышей, такие как избыточное накопление жира, воспаление и смещение типа иммунных клеток, практически отсутствовали в костном мозге черепа тех же мышей. Фактически, различные функциональные эксперименты в конечном итоге продемонстрировали, что микросреда стареющего костного мозга черепа поддерживает кроветворные стволовые клетки в лучшей форме, чем в длинных костях», — говорит Кох.
Разные пути
Текущее исследование также выявило ряд различий в молекулярных путях гемопоэтических стволовых клеток и эндотелиальных клеток, из которых состоят кровеносные сосуды костного мозга, между черепом и бедренным костным мозгом у старых мышей.
«Хотя теперь мы знаем, что костный мозг черепа продолжает расти и остается на удивление здоровым в процессе старения, нам все еще предстоит выяснить, как создается и поддерживается эта питательная и устойчивая микросреда», — говорит Кох.
«Это на самом деле только вершина айсберга. Понимание того, как определенные компоненты ниши регулируются уникальным образом, позволит нам применить эти знания, чтобы сделать другие отделы костного мозга устойчивыми к старению».
Это исследование не только вносит значительный вклад в область изучения старения, но и имеет огромный потенциал для фундаментального изменения наших представлений о специализированных функциях между схожими тканями, таких как особая иммунологическая функция костного мозга черепа в общей физиологии и различных заболеваниях.
