Un atlas biomolecular al măduvei osoase oferă o perspectivă unică asupra procesului de hematopoieză

Cercetătorii de la Spitalul de Copii din Philadelphia (CHOP) și de la Școala de Medicină Perelman de la Universitatea din Pennsylvania au creat un nou atlas puternic al măduvei osoase, care va oferi publicului un pașaport vizual, inedit, pentru spectrul hematopoiezei sănătoase și bolnave. Rezultatele sunt publicate în revista Cell.

„Pentru prima dată, vom avea un cadru cuprinzător pentru a vizualiza expresia genetică completă și organizarea spațială a celulelor măduvei osoase ”, a declarat autorul principal al studiului, Kai Tan, doctor în filosofie, profesor în cadrul Departamentului de Pediatrie și investigator în cadrul Centrului pentru Cercetarea Cancerului la Copilărie de la CHOP. „Deși lucrarea noastră este fundamentală, ne așteptăm ca atlasul să fie utilizat pentru a dezvolta noi teste de diagnostic, a identifica noi ținte pentru terapia CAR-T și alte abordări terapeutice și a descoperi biomarkeri spațiali ai bolii.”

Deși inițiativa a fost condusă de CHOP și Penn, cercetarea face parte și dintr-un proiect mai amplu numit Programul Atlasului Biomolecular Uman (HuBMAP). Consorțiul HuBMAP este format din 42 de grupuri de cercetare diferite de la universități din 14 state și patru țări. Cercetătorii colaborează pentru a crea următoarea generație de tehnologii de analiză moleculară și instrumente computaționale care vor crea hărți tisulare de bază și atlase ale funcțiilor și relațiilor dintre celulele din corpul uman.

„Cercetarea de o asemenea amploare este posibilă doar printr-un efort monumental în echipă”, a declarat Showik Bandyopadhyay, doctor în filosofie, autorul principal al studiului și medic-cercetător în formare în laboratorul lui Tan. „Prin colaborări între mai multe instituții și consorții de cercetare, am reușit să obținem informații fundamentale despre elementele constitutive microscopice ale corpului uman.”

Oamenii de știință au emis de mult timp teoria conform căreia, deși cea mai mare parte a măduvei osoase este alcătuită din celule sanguine, un procent mic de celule non-sangvine ar putea juca un rol important în bolile măduvei osoase din copilărie și la vârsta adultă, cum ar fi leucemia, tulburările mieloproliferative sau sindroamele de insuficiență medulară. Cu toate acestea, până la acest studiu, astfel de studii au fost împiedicate de provocările tehnice asociate cu raritatea și fragilitatea acestor celule.

Această lucrare este prima care depășește aceste limitări și profilează complet măduva osoasă umană adultă folosind secvențierea ARN unicelulară. Această tehnică permite capturarea profilurilor genetice complete a zeci de mii de celule individuale, dezvăluind compoziția completă a tipurilor de celule care alcătuiesc un organ.

Sursă: Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.04.013

În cadrul studiului, oamenii de știință s-au concentrat pe măduva osoasă, care reglează procese importante în dezvoltarea celulelor sanguine și imunitate. Aceștia au identificat cel puțin nouă subtipuri de celule non-hematopoietice, inclusiv celule stromale, celule osoase și celule endoteliale (sânge), dintre care cel puțin trei nu au fost descrise anterior, care au produs factori de susținere importanți. Cercetătorii au creat o enciclopedie a acestor celule rare non-sânge care produc factori considerați importanți pentru hematopoieza umană, ceea ce va ajuta la o mai bună înțelegere a comunicării celulare pe care ar trebui să se concentreze studiile viitoare.

Rezultatele lor evidențiază rolul din ce în ce mai important al tehnologiei în cercetarea biomoleculară de astăzi. Autorii au creat un atlas spațial al măduvei osoase, incluzând aproximativ 800.000 de celule, folosind o tehnică nouă și sofisticată numită CODEX, combinată cu învățarea automată. Această abordare, împreună cu adnotarea manuală atentă a mii de celule și structuri, le-a permis să determine că măduva osoasă sănătoasă are o organizare spațială foarte distinctă și că celulele adipoase sunt mai strâns legate de celulele hematopoietice decât se credea anterior.

„Abia începem să înțelegem ce este posibil”, a spus Tan. „Studiile viitoare se pot baza pe munca noastră, accelerând cercetarea măduvei osoase, cu speranța că într-o zi aceste căi digitale vor duce la descoperiri medicale în tratamentul leucemiei acute și al altor boli ale măduvei osoase.”

Ling Qing, doctor în filosofie, un alt autor principal al studiului și profesor de chirurgie ortopedică la Școala de Medicină Perelman, este de acord și consideră că studiul va da rezultate pe termen lung.

„Aplicate pe probe de la pacienți cu leucemie, aceste tehnici relevă o expansiune a celulelor mezenchimale, un tip de celulă rară, non-sangvină, la locul celulelor canceroase din măduva osoasă”, a spus Qing. „Acest lucru indică o posibilă nouă direcție pentru tratamentul bolilor în viitor.”