Биомолекулярният атлас на костния мозък дава уникална представа за процеса на хемопоеза

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

„За първи път ще имаме цялостна рамка, за да разгледаме пълната генна експресия и пространствената организация на клетките от костен мозък “, каза старшият автор на изследването Кай Тан, доктор, професор в катедрата по педиатрия и изследовател в Центъра за изследване на рака в детска възраст в 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, както и за откриване на пространствени биомаркери на заболяванията.“

Въпреки че инициативата е ръководена от CHOP и Penn, изследването е част и от по-голям проект, наречен Програмата за човешки биомолекулен атлас (HuBMAP). Консорциумът HuBMAP е съставен от 42 различни изследователски групи от университети в 14 щата и четири държави. Изследователите си сътрудничат за създаването на следващото поколение технологии за молекулярен анализ и изчислителни инструменти, които ще създадат основни тъканни карти и атласи на функциите и взаимовръзките между клетките в човешкото тяло.

„Изследване от такъв мащаб е възможно само чрез монументални екипни усилия“, каза д-р Шовик Бандьопадхяй, водещ автор на изследването и лекар-учен в обучение в лабораторията на Тан. „Чрез сътрудничество между множество институции и изследователски консорциуми успяхме да получим фундаментални прозрения 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 некръвните клетки може да играе важна роля при заболявания на костния мозък в детска и зряла възраст, като левкемия, миелопролиферативни нарушения или синдроми на костномозъчна недостатъчност. До това проучване обаче подобни изследвания са били възпрепятствани от технически предизвикателства, свързани с рядкостта и крехкостта на тези клетки.

Тази статия е първата, която преодолява тези ограничения и профилира цялостно костния мозък на възрастни хора, използвайки едноклетъчно РНК секвениране. Тази техника позволява улавянето на пълни генни профили на десетки хиляди отделни клетки, разкривайки пълния състав на клетъчните типове, които изграждат даден орган.

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

В изследването учените се фокусират върху костния мозък, който регулира важни процеси в развитието на кръвните клетки и имунитета. Те идентифицират поне девет подтипа нехемопоетични клетки, включително стромални клетки, костни клетки и ендотелни (кръвни) клетки, поне три от които не са били описани преди това, които произвеждат важни поддържащи фактори. Изследователите създадоха енциклопедия на тези редки некръвни клетки, които произвеждат фактори, считани за важни за човешката хематопоеза, което ще помогне за по-доброто разбиране върху коя клетъчна комуникация трябва да се фокусираме в бъдещи изследвания.

Резултатите им подчертават все по-важната роля на технологиите в днешните биомолекулярни изследвания. Авторите създадоха пространствен атлас на костния мозък, включващ около 800 000 клетки, използвайки сложна нова техника, наречена CODEX, комбинирана с машинно обучение. Този подход, заедно с внимателното ръчно анотиране на хиляди клетки и структури, им позволи да определят, че здравият костен мозък има много различна пространствена организация и че мастните клетки са по-тясно свързани с хематопоетичните клетки, отколкото се смяташе преди.

„Току-що започваме да разбираме какво е възможно“, каза Тан. „Бъдещите проучвания могат да надградят нашата работа, ускорявайки изследванията на костния мозък с надеждата, че един ден тези дигитални пътища ще доведат до медицински пробиви в лечението на остра левкемия и други заболявания на костния мозък.“

Лин Цин, доктор, друг старши автор на изследването и професор по ортопедична хирургия в Медицинския факултет „Перелман“, е съгласен и вярва, че изследването ще даде дългосрочни резултати.

„Когато се прилагат към проби от пациенти с левкемия, тези техники разкриват разширяване 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 заболяванията.“