Biomoleculaire beenmergatlas biedt unieke inzichten in 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 gecreëerd die het publiek een uniek visueel paspoort zal bieden voor de spectrum van gezonde en zieke hematopoiese. De resultaten zijn gepubliceerd in Cell magazine.

“Voor het eerst zullen we een alomvattend raamwerk hebben om de volledige genexpressie en ruimtelijke organisatie van beenmergcellen te bekijken”, zegt senior studieauteur Kai Tang, Ph.D., professor aan de afdeling in kindergeneeskunde en onderzoeker bij het Center for Children's Cancer Research bij CHOP. “Hoewel ons artikel fundamenteel is, voorzien we dat de atlas zal worden gebruikt om nieuwe diagnostische tests te ontwikkelen, nieuwe doelen voor CAR-T-therapie en andere therapeutische benaderingen te identificeren, en ruimtelijke biomarkers van ziekten te ontdekken.”

Hoewel het initiatief werd geleid door CHOP en Penn, maakt het onderzoek ook deel uit van het bredere Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP). Het HuBMAP-consortium bestaat uit 42 verschillende onderzoeksgroepen van universiteiten in 14 staten en vier landen. Onderzoekers werken samen om de volgende generatie moleculaire analysetechnologieën en computerhulpmiddelen te creëren die basisweefselkaarten en een atlas van de functies en relaties tussen cellen in het menselijk lichaam zullen creëren.

“Onderzoek van deze omvang is alleen mogelijk door een enorme teaminspanning”, zegt Showik Bandyopadhyay, Ph.D., hoofdauteur van de studie en arts-wetenschapper die in het laboratorium van Tan wordt opgeleid. “Door de samenwerking van meerdere instellingen en wetenschappelijke consortia hebben we fundamenteel inzicht kunnen verwerven in de microscopische bouwstenen van het menselijk lichaam.”

Wetenschappers hebben lang getheoretiseerd dat, hoewel het grootste deel van het beenmerg uit bloedcellen bestaat, een klein percentage niet-bloedcellen een belangrijke rol kan spelen bij beenmergziekten bij kinderen en volwassenen, zoals leukemie, myeloproliferatieve aandoeningen of beenmerg. Faalsyndromen. Voorafgaand aan dit onderzoek was dergelijk onderzoek echter moeilijk geweest vanwege technische problemen die verband hielden met de zeldzaamheid en kwetsbaarheid van deze cellen.

Dit artikel is het eerste dat deze beperkingen overwint en een uitgebreid profiel van volwassen menselijk beenmerg maakt met behulp van single-cell RNA-sequencing. Deze techniek kan volledige genprofielen van tienduizenden individuele cellen vastleggen, waardoor de volledige samenstelling van celtypen waaruit een orgaan bestaat, wordt onthuld.

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

In het onderzoek concentreerden wetenschappers zich op beenmerg, dat belangrijke processen in de ontwikkeling van bloedcellen en immuniteit reguleert. Ze identificeerden ten minste negen subtypen van niet-hematopoietische cellen, waaronder stromacellen, botcellen en endotheelcellen (bloedcellen), waarvan er ten minste drie niet eerder waren beschreven, en die belangrijke ondersteunende factoren produceerden. De onderzoekers hebben een encyclopedie gemaakt van deze zeldzame niet-bloedcellen die factoren produceren waarvan men denkt dat ze belangrijk zijn bij de menselijke hematopoëse. Dit zal helpen beter te begrijpen op welke cellulaire communicatie toekomstig onderzoek zich zou moeten richten.

Hun resultaten benadrukken de steeds belangrijkere rol van technologie in het huidige biomoleculaire onderzoek. De auteurs creëerden een ruimtelijke atlas van beenmerg bestaande uit ongeveer 800.000 cellen met behulp van een geavanceerde nieuwe techniek genaamd CODEX, gecombineerd met machinaal leren. Deze aanpak, gekoppeld aan zorgvuldige handmatige annotatie van duizenden cellen en structuren, stelde hen in staat vast te stellen dat gezond beenmerg een zeer duidelijke ruimtelijke organisatie heeft, en dat vetcellen nauwer verbonden zijn met hematopoëtische cellen dan eerder werd gedacht.

"We beginnen nu pas te beseffen wat mogelijk is", zei Tan. “Toekomstig onderzoek kan voortbouwen op ons werk door beenmergonderzoek te versnellen in de hoop dat deze digitale routes op een dag zullen leiden tot medische doorbraken in de behandeling van acute leukemie en andere beenmergziekten.”

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

“Wanneer toegepast op monsters van leukemiepatiënten, detecteren deze technieken de uitzetting van mesenchymale cellen, een soort zeldzame niet-bloedcel, op de plaats van kankercellen in het beenmerg”, aldus Qing. "Dit wijst op een mogelijke nieuwe richting voor de toekomstige behandeling van ziekten."