Atlasul biomolecular al măduvei osoase oferă perspective unice asupra hematopoiezei

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 de măduvă osoasă care va oferi publicului un pașaport vizual primul de acest fel pentru spectrul hematopoiezei sănătoase și bolnave. Rezultatele au fost publicate în revista Cell.

„Pentru prima dată, vom avea un cadru cuprinzător pentru a vizualiza expresia completă a genelor și organizarea spațială a celulelor măduvei osoase”, a spus autorul principal al studiului Kai Tang, Ph.D., profesor în departament. În pediatrie și cercetător la Centrul pentru Cercetarea Cancerului la Copii de la CHOP. „Deși lucrarea noastră este fundamentală, ne imaginăm că atlasul va fi utilizat pentru a dezvolta noi teste de diagnostic, pentru a identifica noi ținte pentru terapia CAR-T și alte abordări terapeutice și pentru a descoperi biomarkeri spațiali ai bolii.”

Deși inițiativa a fost condusă de CHOP și Penn, cercetarea face, de asemenea, parte din programul mai larg Human BioMolecular Atlas (HuBMAP). Consorțiul HuBMAP este format din 42 de grupuri de cercetare diferite din 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 de bază ale țesuturilor și un atlas al funcțiilor și relațiilor dintre celulele din corpul uman.

„Cercetarea de această amploare este posibilă doar printr-un efort extraordinar de echipă”, a spus Showik Bandyopadhyay, Ph.D., autorul principal al studiului și un medic om de știință pregătit în laboratorul lui Tan. „Prin colaborarea mai multor instituții și consorții științifice, am reușit să obținem o perspectivă fundamentală asupra blocurilor microscopice ale corpului uman.”

Oamenii de știință au teoretizat de mult că, deși majoritatea măduvei osoase este compusă din celule sanguine, un mic procent de celule non-sanguine poate juca un rol important în bolile măduvei osoase la copilărie și la adulți, cum ar fi leucemia, tulburările mieloproliferative sau măduva osoasă. Sindroame de eșec. Cu toate acestea, înainte de acest studiu, o astfel de cercetare a fost dificilă din cauza problemelor tehnice asociate cu raritatea și fragilitatea acestor celule.

Această lucrare este prima care depășește aceste limitări și profilează în mod cuprinzător măduva osoasă umană adultă utilizând secvențierea ARN unicelular. Această tehnică poate captura profiluri complete de gene a zeci de mii de celule individuale, dezvăluind compoziția completă a tipurilor de celule care alcătuiesc un organ.

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

În studiu, oamenii de știință s-au concentrat pe măduva osoasă, care reglează procese importante în dezvoltarea celulelor sanguine și imunitatea. Ei au identificat cel puțin nouă subtipuri de celule non-hematopoietice, inclusiv celule stromale, celule osoase și celule endoteliale (de sânge), dintre care cel puțin trei nu au fost descrise anterior și care au produs factori de susținere importanți. Cercetătorii au creat o enciclopedie a acestor celule rare non-sânge care produc factori considerați a fi importanți în hematopoieza umană, ceea ce va ajuta la înțelegerea mai bună asupra comunicării celulare pe care ar trebui să se concentreze cercetările 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 care cuprinde aproximativ 800.000 de celule folosind o nouă tehnică 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 clară, iar celulele adipoase sunt mai strâns asociate cu celulele hematopoietice decât se credea anterior.

„Abia începem să ne dăm seama ce este posibil”, a spus Tan. „Cercetarea viitoare se poate baza pe munca noastră prin accelerarea cercetării măduvei osoase cu speranța că aceste căi digitale vor duce într-o zi la descoperiri medicale în tratamentul leucemiei acute și a altor boli ale măduvei osoase.”

Ling Qing, Ph.D., un alt autor principal al acestui studiu și profesor de chirurgie ortopedică la Școala de Medicină Perelman, este de acord și consideră că acest studiu va avea rezultate pe termen lung.

„Atunci când sunt aplicate probelor de la pacienții cu leucemie, aceste tehnici detectează expansiunea celulelor mezenchimale, un tip de celule rare non-sânge, la locul celulelor canceroase din măduva osoasă”, a spus Qing. „Acest lucru indică o posibilă nouă direcție pentru viitorul tratament al bolii.”