Biomolekularni atlas kostnega mozga ponuja edinstven vpogled v hematopoezo

Raziskovalci iz otroške bolnišnice v Filadelfiji (CHOP) in Medicinske fakultete Perelman na Univerzi v Pensilvaniji so ustvarili zmogljiv nov atlas kostnega mozga, ki bo javnosti zagotovil prvi vizualni potni list te vrste za spekter zdrave in obolele hematopoeze. Rezultati so bili objavljeni v reviji Cell.

»Prvič bomo imeli obsežen okvir za ogled celotne genske ekspresije in prostorske organizacije celic kostnega mozga,« je povedal višji avtor študije dr. Kai Tang, profesor na oddelku pediatrije in raziskovalka v Centru za raziskave otroškega raka pri CHOP. "Čeprav je naš dokument temeljen, predvidevamo, da bo atlas uporabljen za razvoj novih diagnostičnih testov, prepoznavanje novih tarč za terapijo CAR-T in druge terapevtske pristope ter odkrivanje prostorskih biomarkerjev bolezni."

Čeprav sta pobudo vodila CHOP in Penn, je raziskava tudi del širšega programa humanega biomolekularnega atlasa (HuBMAP). Konzorcij HuBMAP sestavlja 42 različnih raziskovalnih skupin z univerz v 14 državah in štirih državah. Raziskovalci sodelujejo pri ustvarjanju naslednje generacije tehnologij molekularne analize in računalniških orodij, ki bodo ustvarila osnovne zemljevide tkiv in atlas funkcij in odnosov med celicami v človeškem telesu.

»Raziskave takšnega obsega so možne le z ogromnim timskim prizadevanjem,« je povedal dr. Showik Bandyopadhyay, glavni avtor študije in zdravnik, znanstvenik, ki se usposablja v Tanovem laboratoriju. "S sodelovanjem več institucij in znanstvenih konzorcijev smo lahko pridobili temeljit vpogled v mikroskopske gradnike človeškega telesa."

Znanstveniki že dolgo teoretizirajo, da čeprav je večina kostnega mozga sestavljena iz krvnih celic, lahko majhen odstotek nekrvnih celic igra pomembno vlogo pri boleznih kostnega mozga pri otrocih in odraslih, kot so levkemija, mieloproliferativne motnje ali kostni mozeg sindromi odpovedi. Vendar pa so bile pred to študijo takšne raziskave težavne zaradi tehničnih težav, povezanih z redkostjo in krhkostjo teh celic.

Ta članek je prvi, ki je premagal te omejitve in celovito profiliral kostni mozeg odraslega človeka z uporabo enoceličnega sekvenciranja RNA. Ta tehnika lahko zajame celotne genske profile več deset tisoč posameznih celic in razkrije celotno sestavo tipov celic, ki sestavljajo organ.

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

V študiji so se znanstveniki osredotočili na kostni mozeg, ki uravnava pomembne procese v razvoju krvnih celic in imunosti. Identificirali so vsaj devet podtipov nehematopoetskih celic, vključno s stromalnimi celicami, kostnimi celicami in endotelijskimi (krvnimi) celicami, od katerih vsaj tri prej niso bile opisane in so ustvarile pomembne podporne dejavnike. Raziskovalci so ustvarili enciklopedijo teh redkih nekrvnih celic, ki proizvajajo dejavnike, za katere menijo, da so pomembni pri človeški hematopoezi, kar bo pomagalo bolje razumeti, na katero celično komunikacijo bi se morale osredotočiti prihodnje raziskave.

Njihovi rezultati poudarjajo vse pomembnejšo vlogo tehnologije v današnjih biomolekularnih raziskavah. Avtorji so ustvarili prostorski atlas kostnega mozga, ki obsega približno 800.000 celic z uporabo sofisticirane nove tehnike, imenovane CODEX, v kombinaciji s strojnim učenjem. Ta pristop, skupaj s skrbnim ročnim označevanjem na tisoče celic in struktur, jim je omogočil, da so ugotovili, da ima zdrav kostni mozeg zelo jasno prostorsko organizacijo in da so maščobne celice tesneje povezane s hematopoetskimi celicami, kot se je prej mislilo.

"Šele začeli smo se zavedati, kaj je mogoče," je dejal Tan. "Prihodnje raziskave lahko nadgradijo naše delo s pospeševanjem raziskav kostnega mozga z upanjem, da bodo te digitalne poti nekega dne vodile do medicinskih prebojev pri zdravljenju akutne levkemije in drugih bolezni kostnega mozga."

Dr. Ling Qing, še ena višja avtorica te študije in profesorica ortopedske kirurgije na Medicinski fakulteti Perelman, se strinja in verjame, da bo imela ta študija dolgoročne rezultate.

»Ko se te tehnike uporabijo za vzorce bolnikov z levkemijo, zaznajo širjenje mezenhimskih celic, vrste redkih nekrvnih celic, na mestu rakavih celic v kostnem mozgu,« je dejal Qing. "To kaže na možno novo smer za prihodnje zdravljenje bolezni."