Біомолекулярний атлас кісткового мозку дає унікальне уявлення про процес кровотворення

Дослідники з Дитячої лікарні Філадельфії (CHOP) та Медичної школи Перельмана при Університеті Пенсільванії створили новий потужний атлас кісткового мозку, який надасть громадськості перший у своєму роді візуальний паспорт спектру здорового та хворого кровотворення. Результати опубліковані в журналі Cell.

«Вперше ми матимемо комплексну структуру для повного ознайомлення з експресією генів та просторовою організацією клітин кісткового мозку », — сказав старший автор дослідження Кай Тан, доктор філософії, професор кафедри педіатрії та дослідник Центру досліджень раку у дітей при CHOP. «Хоча наша стаття є фундаментальною, ми передбачаємо, що атлас буде використаний для розробки нових діагностичних тестів, визначення нових мішеней для CAR-T-терапії та інших терапевтичних підходів, а також для виявлення просторових біомаркерів захворювання».

Хоча ініціативу очолювали CHOP та Penn, дослідження також є частиною більшого проєкту під назвою «Програма біомолекулярного атласу людини» (HuBMAP). Консорціум HuBMAP складається з 42 різних дослідницьких груп з університетів 14 штатів та чотирьох країн. Дослідники співпрацюють над створенням наступного покоління технологій молекулярного аналізу та обчислювальних інструментів, які дозволять створювати базові карти тканин та атласи функцій та взаємозв'язків між клітинами в організмі людини.

«Дослідження такого масштабу можливе лише завдяки монументальним командним зусиллям», — сказав Шовік Бандьопадхай, доктор філософії, провідний автор дослідження та лікар-науковець, який проходить стажування в лабораторії Тана. «Завдяки співпраці між кількома установами та дослідницькими консорціумами ми змогли отримати фундаментальне розуміння мікроскопічних будівельних блоків людського тіла».

Вчені давно висувають теорію, що хоча більша частина кісткового мозку складається з клітин крові, невеликий відсоток некров'яних клітин може відігравати важливу роль у захворюваннях кісткового мозку у дітей та дорослих, таких як лейкемія, мієлопроліферативні захворювання або синдроми недостатності кісткового мозку. Однак до цього дослідження такі дослідження були ускладнені технічними труднощами, пов'язаними з рідкістю та крихкістю цих клітин.

Ця стаття є першою, яка долає ці обмеження та всебічно аналізує кістковий мозок дорослої людини за допомогою секвенування РНК окремих клітин. Цей метод дозволяє отримати повні генні профілі десятків тисяч окремих клітин, розкриваючи повний склад типів клітин, що утворюють орган.

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

У дослідженні вчені зосередилися на кістковому мозку, який регулює важливі процеси розвитку клітин крові та імунітету. Вони виявили щонайменше дев'ять підтипів негемопоетичних клітин, включаючи стромальні клітини, кісткові клітини та ендотеліальні (кров'яні) клітини, щонайменше три з яких раніше не були описані, що виробляють важливі фактори підтримки. Дослідники створили енциклопедію цих рідкісних негемопоетичних клітин, які виробляють фактори, що вважаються важливими для кровотворення людини, що допоможе краще зрозуміти, на якій клітинній комунікації слід зосередитися в майбутніх дослідженнях.

Їхні результати підкреслюють дедалі важливішу роль технологій у сучасних біомолекулярних дослідженнях. Автори створили просторовий атлас кісткового мозку, що включає близько 800 000 клітин, використовуючи нову складну методику під назвою CODEX у поєднанні з машинним навчанням. Цей підхід, разом із ретельною ручною анотацією тисяч клітин і структур, дозволив їм визначити, що здоровий кістковий мозок має дуже чітку просторову організацію, і що жирові клітини тісніше пов'язані з гемопоетичними клітинами, ніж вважалося раніше.

«Ми тільки починаємо розуміти, що можливо», — сказав Тан. «Майбутні дослідження можуть спиратися на нашу роботу, прискорюючи дослідження кісткового мозку з надією, що одного разу ці цифрові шляхи призведуть до медичних проривів у лікуванні гострого лейкозу та інших захворювань кісткового мозку».

Лін Цін, доктор філософії, ще один старший автор дослідження та професор ортопедичної хірургії в Медичній школі Перельмана, погоджується та вважає, що дослідження дасть довгострокові результати.

«Застосовуючи ці методи до зразків пацієнтів з лейкемією, вони виявляють розширення мезенхімальних клітин, типу рідкісних некров'яних клітин, на місці ракових клітин у кістковому мозку», – сказав Цін. «Це вказує на можливий новий напрямок лікування захворювань у майбутньому».