Биомолекулен атлас на костен мозък предоставя уникална представа за хемопоезата

Изследователи от Детската болница във Филаделфия (CHOP) и Медицинското училище Перелман към Университета на Пенсилвания създадоха мощен нов атлас на костен мозък, който ще предостави на обществеността първи по рода си визуален паспорт за спектър на здрава и болна хематопоеза. Резултатите са публикувани в списание Cell.

„За първи път ще имаме цялостна рамка за преглед на пълната генна експресия и пространствената организация на клетките на костния мозък,“ каза старши автор на изследването Кай Танг, доктор, професор в отдела по педиатрия и изследовател в Центъра за изследване на рака при деца към CHOP. „Въпреки че нашата статия е фундаментална, ние предвиждаме, че атласът ще бъде използван за разработване на нови диагностични тестове, идентифициране на нови цели за CAR-T терапия и други терапевтични подходи и откриване на пространствени биомаркери на заболяването.“

Въпреки че инициативата беше ръководена от CHOP и Penn, изследването също е част от по-широката Програма за човешки биомолекулярни атласи (HuBMAP). Консорциумът HuBMAP се състои от 42 различни изследователски групи от университети в 14 щата и четири държави. Изследователите си сътрудничат, за да създадат следващото поколение технологии за молекулен анализ и изчислителни инструменти, които ще създадат основни тъканни карти и атлас на функциите и взаимоотношенията между клетките в човешкото тяло.

„Изследване от такъв мащаб е възможно само чрез огромни екипни усилия,“ каза Showik Bandyopadhyay, Ph.D., водещ автор на изследването и лекар учен, обучаващ се в лабораторията на Тан. „Чрез сътрудничеството на множество институции и научни консорциуми успяхме да придобием фундаментална представа за микроскопичните градивни елементи на човешкото тяло.“

Учените отдавна теоретизират, че въпреки че по-голямата част от костния мозък е съставен от кръвни клетки, малък процент от некръвни клетки може да играе важна роля при заболявания на костния мозък при деца и възрастни като левкемия, миелопролиферативни заболявания или костен мозък синдроми на неуспех. Въпреки това, преди това проучване, подобни изследвания бяха трудни поради технически проблеми, свързани с рядкостта и крехкостта на тези клетки.

Тази статия е първата, която преодолява тези ограничения и изчерпателно профилира костния мозък на възрастен човек, използвайки едноклетъчно РНК секвениране. Тази техника може да улови пълни генни профили на десетки хиляди отделни клетки, разкривайки пълния състав на типове клетки, които изграждат орган.

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

В проучването учените се фокусираха върху костния мозък, който регулира важни процеси в развитието на кръвните клетки и имунитета. Те идентифицираха най-малко девет подтипа нехемопоетични клетки, включително стромални клетки, костни клетки и ендотелни (кръвни) клетки, поне три от които не са били описани преди това и които произвеждат важни поддържащи фактори. Изследователите са създали енциклопедия на тези редки некръвни клетки, които произвеждат фактори, смятани за важни в човешката хематопоеза, което ще помогне да се разбере по-добре върху коя клетъчна комуникация трябва да се съсредоточат бъдещите изследвания.

Резултатите им подчертават все по-важната роля на технологията в днешните биомолекулярни изследвания. Авторите създадоха пространствен атлас на костен мозък, включващ около 800 000 клетки, използвайки сложна нова техника, наречена CODEX, комбинирана с машинно обучение. Този подход, съчетан с внимателна ръчна анотация на хиляди клетки и структури, им позволи да определят, че здравият костен мозък има много ясна пространствена организация и мастните клетки са по-тясно свързани с хемопоетичните клетки, отколкото се смяташе досега.

„Ние едва започваме да осъзнаваме какво е възможно“, каза Тан. „Бъдещите изследвания могат да надграждат нашата работа чрез ускоряване на изследването на костния мозък с надеждата, че тези цифрови пътища един ден ще доведат до медицински пробиви в лечението на остра левкемия и други заболявания на костния мозък.“

Ling Qing, Ph.D., друг старши автор на това проучване и професор по ортопедична хирургия в Училището по медицина Perelman, се съгласява и вярва, че това проучване ще има дългосрочни резултати.

„Когато се прилагат към проби от пациенти с левкемия, тези техники откриват експанзия на мезенхимни клетки, вид редки некръвни клетки, на мястото на раковите клетки в костния мозък“, каза Цин. „Това сочи към възможна нова посока за бъдещо лечение на болестта.“