Biomolekylært knoglemarvsatlas giver unik indsigt i hæmatopoiesis

Forskere fra Children's Hospital of Philadelphia (CHOP) og Perelman School of Medicine ved University of Pennsylvania har skabt et kraftfuldt nyt knoglemarvsatlas, der vil give offentligheden et første af sin slags visuelt pas til spektrum af sund og syg hæmatopoiesis. Resultaterne blev offentliggjort i Cell magazine.

"For første gang vil vi have en omfattende ramme til at se den komplette genekspression og rumlige organisering af knoglemarvsceller," sagde seniorstudieforfatter Kai Tang, Ph.D., professor i afdelingen i pædiatri og forsker ved Center for Børnekræftforskning ved CHOP. "Selvom vores papir er grundlæggende, forestiller vi os, at atlasset vil blive brugt til at udvikle nye diagnostiske tests, identificere nye mål for CAR-T-terapi og andre terapeutiske tilgange og opdage rumlige biomarkører for sygdom."

Selvom initiativet blev ledet af CHOP og Penn, er forskningen også en del af det bredere Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP). HuBMAP-konsortiet består af 42 forskellige forskningsgrupper fra universiteter i 14 stater og fire lande. Forskere samarbejder om at skabe den næste generation af molekylære analyseteknologier og beregningsværktøjer, der vil skabe grundlæggende vævskort og et atlas over funktionerne og relationerne mellem celler i den menneskelige krop.

"Forskning af denne størrelsesorden er kun mulig gennem en enorm teamindsats," sagde Showik Bandyopadhyay, Ph.D., hovedforfatter af undersøgelsen og en læge, videnskabsmand, der er uddannet i Tans laboratorium. "Gennem samarbejdet mellem flere institutioner og videnskabelige konsortier har vi været i stand til at opnå grundlæggende indsigt i den menneskelige krops mikroskopiske byggesten."

Forskere har længe teoretiseret, at selvom størstedelen af knoglemarven består af blodceller, kan en lille procentdel af ikke-blodceller spille en vigtig rolle i knoglemarvssygdomme hos børn og voksne, såsom leukæmi, myeloproliferative lidelser eller knoglemarv. Svigt syndromer. Men før denne undersøgelse havde sådan forskning været vanskelig på grund af tekniske problemer forbundet med disse cellers sjældenhed og skrøbelighed.

Denne artikel er den første til at overvinde disse begrænsninger og i vid udstrækning profilere knoglemarv fra voksne mennesker ved hjælp af enkeltcellet RNA-sekventering. Denne teknik kan fange komplette genprofiler af titusindvis af individuelle celler og afsløre den fulde sammensætning af celletyper, der udgør et organ.

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

I undersøgelsen fokuserede forskerne på knoglemarv, som regulerer vigtige processer i blodcelleudvikling og immunitet. De identificerede mindst ni undertyper af ikke-hæmatopoietiske celler, herunder stromaceller, knogleceller og endotelceller (blod), hvoraf mindst tre ikke tidligere var blevet beskrevet, og som producerede vigtige understøttende faktorer. Forskerne har lavet en encyklopædi over disse sjældne ikke-blodceller, der producerer faktorer, der menes at være vigtige i menneskelig hæmatopoese, hvilket vil hjælpe bedre med at forstå, hvilken cellulær kommunikation fremtidig forskning bør fokusere på.

Deres resultater fremhæver teknologiens stadig vigtigere rolle i nutidens biomolekylære forskning. Forfatterne skabte et rumligt atlas af knoglemarv omfattende omkring 800.000 celler ved hjælp af en sofistikeret ny teknik kaldet CODEX kombineret med maskinlæring. Denne tilgang, kombineret med omhyggelig manuel annotering af tusindvis af celler og strukturer, gjorde det muligt for dem at bestemme, at sund knoglemarv har en meget klar rumlig organisation, og fedtceller er tættere forbundet med hæmatopoietiske celler end tidligere antaget.

"Vi er lige begyndt at indse, hvad der er muligt," sagde Tan. "Fremtidig forskning kan bygge videre på vores arbejde ved at accelerere knoglemarvsforskningen med håbet om, at disse digitale veje en dag vil føre til medicinske gennembrud i behandlingen af akut leukæmi og andre knoglemarvssygdomme."

Ling Qing, Ph.D., en anden seniorforfatter af denne undersøgelse og professor i ortopædkirurgi ved Perelman School of Medicine, er enig og mener, at denne undersøgelse vil have langsigtede resultater.

"Når de anvendes på prøver fra leukæmipatienter, opdager disse teknikker ekspansion af mesenkymale celler, en type sjældne ikke-blodceller, på stedet for kræftceller i knoglemarven," sagde Qing. "Dette peger på en mulig ny retning for fremtidig sygdomsbehandling."