Костный мозг черепа расширяется на протяжении всей жизни и практически не стареет

Рост сосудов в костном мозге черепа на протяжении всей жизни приводит к увеличению выработки клеток крови.

Микроокружение костного мозга регулирует самообновление и судьбу гемопоэтических (кроветворных) стволовых клеток, из которых состоят все клетки крови в нашем организме. Эта сложная и тонко настроенная сеть поддержания гемопоэтических стволовых клеток нарушается с возрастом, что приводит к непропорциональному производству иммунных клеток и общему снижению их функции. Кровеносные сосуды, критический компонент этой ниши, уменьшаются в количестве и теряют функциональную целостность в большинстве органов с возрастом. Чрезмерное накопление жира, потеря костной массы, сильное воспаление и преобладание 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 кости черепа, формируются в результате различных процессов развития и окостенения. Череп мыши, благодаря его тонким и почти прозрачным физическим свойствам, долгое время использовался в качестве платформы для интравизуальной визуализации, чтобы следить за активностью 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 поставили это предположение под сомнение и задались вопросом: Все ли отделы костного мозга стареют одинаково? Теперь ученые обнаружили, что костный мозг черепа обладает уникальными свойствами, которые позволяют ему постоянно расширяться в зрелом возрасте и оставаться удивительно устойчивым к признакам старения на протяжении всей жизни. Это поразительное наблюдение было сделано, когда группа исследователей из Института Макса Планка под руководством Ральфа Х. Адамса использовала специальную технику визуализации, чтобы увидеть всю сосудистую сеть и все клетки костного мозга в своде черепа. Используя этот метод иммунофлюоресценции in vivo, ученые смогли сравнить изменения в костном мозге свода черепа с возрастом.

Свод черепа, заполненный костным мозгом и кровеносными сосудами

Бонг-Ин Кох, первый автор исследования и постдокторский научный сотрудник лаборатории Ральфа Х. Адамса, столкнулся с совершенно неожиданной трансформацией при сравнении черепов полностью выросших молодых взрослых и 95-недельных гериатрических мышей:

“В своде черепа молодой взрослой особи очень мало костного мозга, и я не ожидал увидеть значительные изменения в общем количестве костного мозга с возрастом. Но когда я впервые взглянул на черепа гериатрических (очень старых) мышей, я был поражен, увидев, что свод черепа теперь полностью заполнен костным мозгом и полон кровеносных сосудов”.

Этот постоянный рост костного мозга черепа также наблюдался при компьютерной томографии (КТ) молодых взрослых и пожилых людей. Используя различные фармакологические средства, модулирующие кровеносные сосуды, ученые обнаружили, что постоянный рост сосудов в костном мозге черепа способствует его расширению на протяжении всей жизни.

“Большинство сосудистых русел в различных органах нашего тела уменьшается в количестве и функционирует с возрастом. Массивное расширение костного мозга черепа с возрастом безусловно удивительно, но еще более удивительно значительное увеличение кровеносных сосудов в костном мозге черепа. Мы считаем, что это уникальный случай пожизненного роста сосудов в нашем организме”, – говорит Кох.

Мало того, что костный мозг черепа и сосудистая сеть значительно увеличивались с возрастом, микросреда клеток, образующих кровь, оставалась функциональной и не подвергалась признакам старения, оставшись удивительно здоровой на протяжении всей жизни.

“Все основные признаки старения, наблюдаемые в бедренной кости стареющих мышей, такие как чрезмерное накопление жира, воспаление и смещение типов иммунных клеток, практически отсутствовали в костном мозге черепа тех же мышей. Более того, различные функциональные эксперименты показали, что микросреда костного мозга стареющего черепа поддерживает гемопоэтические стволовые клетки в лучшей форме, чем в длинной кости”, – говорит Кох.

Разные молекулярные пути

Текущее исследование также показало различия в молекулярных путях гемопоэтических стволовых клеток и эндотелиальных клеток, которые образуют кровеносные сосуды костного мозга, между костным мозгом черепа и бедренной кости гериатрических мышей.

“Хотя мы теперь знаем, что костный мозг черепа продолжает расти и остается удивительно здоровым с возрастом, нам еще предстоит выяснить, как создается и поддерживается эта питательная и жизнестойкая микросреда”, – говорит Кох. “Это только вершина айсберга. Понимание того, как уникально регулируются определенные компоненты ниши, позволит нам применить эти знания для того, чтобы сделать устойчивыми к старению и другие отделы костного мозга”.

Это новаторское исследование является не только значительным вкладом в область изучения старения, но и имеет большой потенциал для того, чтобы изменить наше представление о специализированных функциях между схожими тканями, например, об отличительной иммунологической функции костного мозга черепа в общей физиологии и при различных заболеваниях.

Исследование Bong Ihn Koh, Vishal Mohanakrishnan, Hyun-Woo Jeong, Hongryeol Park, Kai Kruse, Young Jun Choi, Melina Nieminen-Kelhä, Rahul Kumar, Raquel S. Pereira, Susanne Adams, Hyuek Jong Lee, M. Gabriele Bixel, Peter Vajkoczy, Daniela S. Krause, Ralf H. Adams. Adult skull bone marrow is an expanding and resilient haematopoietic reservoir. Nature, November 13, 2024. https://dx.doi.org/10.1038/s41586-024-08163-9