Een biomoleculaire atlas van het beenmerg biedt een uniek inzicht in het proces van hematopoëse

Onderzoekers van het Children's Hospital of Philadelphia (CHOP) en de Perelman School of Medicine van de Universiteit van Pennsylvania hebben een krachtige nieuwe beenmergatlas ontwikkeld die het publiek een uniek visueel paspoort biedt voor het spectrum van gezonde en zieke hematopoëse. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Cell.

"Voor het eerst beschikken we over een uitgebreid raamwerk om de volledige genexpressie en ruimtelijke organisatie van beenmergcellen te bekijken ", aldus hoofdauteur van de studie Kai Tan, PhD, hoogleraar aan de afdeling Kindergeneeskunde en onderzoeker bij het Centrum voor Kinderkankeronderzoek van het CHOP. "Hoewel ons artikel fundamenteel is, verwachten we dat de atlas zal worden gebruikt om nieuwe diagnostische tests te ontwikkelen, nieuwe targets te identificeren voor CAR-T-therapie en andere therapeutische benaderingen, en ruimtelijke biomarkers van ziekten te ontdekken."

Hoewel het initiatief werd geleid door CHOP en Penn, maakt het onderzoek ook deel uit van een groter project genaamd het Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP). Het HuBMAP-consortium bestaat uit 42 verschillende onderzoeksgroepen van universiteiten in 14 staten en vier landen. Onderzoekers werken samen aan de ontwikkeling van de volgende generatie moleculaire analysetechnologieën en computertools die eenvoudige weefselkaarten en atlassen van de functies en relaties tussen cellen in het menselijk lichaam zullen creëren.

"Onderzoek van deze omvang is alleen mogelijk dankzij een enorme teaminspanning", aldus Showik Bandyopadhyay, PhD, hoofdauteur van de studie en arts-wetenschapper in opleiding in Tans laboratorium. "Door samenwerking met meerdere instituten en onderzoeksconsortia hebben we fundamentele inzichten kunnen verwerven in de microscopische bouwstenen van het menselijk lichaam."

Wetenschappers hebben lang gedacht dat, hoewel het grootste deel van het beenmerg uit bloedcellen bestaat, een klein percentage niet-bloedcellen een belangrijke rol zou kunnen spelen bij beenmergziekten bij kinderen en volwassenen, zoals leukemie, myeloproliferatieve aandoeningen of beenmergfalensyndromen. Tot aan deze studie werden dergelijke studies echter belemmerd door technische uitdagingen in verband met de zeldzaamheid en kwetsbaarheid van deze cellen.

Dit artikel is het eerste dat deze beperkingen overwint en het beenmerg van volwassen mensen uitgebreid in kaart brengt met behulp van single-cell RNA-sequencing. Deze techniek maakt het mogelijk om complete genprofielen van tienduizenden individuele cellen vast te leggen, waardoor de volledige samenstelling van de celtypen waaruit een orgaan bestaat, wordt onthuld.

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

In de studie richtten de wetenschappers zich op beenmerg, dat belangrijke processen reguleert in de ontwikkeling van bloedcellen en de immuniteit. Ze identificeerden ten minste negen subtypes van niet-hematopoëtische cellen, waaronder stromacellen, botcellen en endotheelcellen (bloedcellen), waarvan er ten minste drie nog niet eerder waren beschreven, die belangrijke ondersteunende factoren produceerden. De onderzoekers stelden een encyclopedie samen van deze zeldzame niet-bloedcellen die factoren produceren waarvan wordt gedacht dat ze belangrijk zijn voor de menselijke hematopoëse. Dit zal helpen om beter te begrijpen op welke cellulaire communicatie we ons in toekomstig onderzoek moeten richten.

Hun resultaten benadrukken de steeds belangrijkere rol van technologie in het hedendaagse biomoleculaire onderzoek. De auteurs creëerden een ruimtelijke atlas van beenmerg, met zo'n 800.000 cellen, met behulp van een geavanceerde nieuwe techniek genaamd CODEX in combinatie met machine learning. Deze aanpak, samen met zorgvuldige handmatige annotatie van duizenden cellen en structuren, stelde hen in staat vast te stellen dat gezond beenmerg een zeer specifieke ruimtelijke organisatie heeft en dat vetcellen nauwer verwant zijn aan hematopoëtische cellen dan eerder werd gedacht.

"We beginnen nog maar net te begrijpen wat er mogelijk is", aldus Tan. "Toekomstige studies kunnen voortbouwen op ons werk en het beenmergonderzoek versnellen, in de hoop dat deze digitale paden ooit zullen leiden tot medische doorbraken in de behandeling van acute leukemie en andere beenmergziekten."

Ling Qing, PhD, een andere hoofdauteur van het onderzoek en hoogleraar orthopedische chirurgie aan de Perelman School of Medicine, is het daarmee eens en gelooft dat het onderzoek resultaten op de lange termijn zal opleveren.

"Toegepast op monsters van leukemiepatiënten, onthullen deze technieken een uitbreiding van mesenchymale cellen, een type zeldzame niet-bloedcel, op de plaats van kankercellen in het beenmerg", aldus Qing. "Dit wijst op een mogelijke nieuwe richting voor toekomstige ziektebehandelingen."