Ang biomolecular atlas ng bone marrow ay nagbibigay ng kakaibang pananaw sa proseso ng hematopoiesis

Ang mga mananaliksik sa Children's Hospital of Philadelphia (CHOP) at ang Perelman School of Medicine sa University of Pennsylvania ay lumikha ng isang malakas na bagong bone marrow atlas na magbibigay sa publiko ng first-of-its-kind visual passport sa spectrum ng malusog at may sakit na hematopoiesis. Ang mga resulta ay nai-publish sa journal Cell.

"Sa unang pagkakataon, magkakaroon kami ng komprehensibong balangkas upang tingnan ang kumpletong pagpapahayag ng gene at spatial na organisasyon ng mga selula ng utak ng buto," sabi ng may-akda ng senior study na si Kai Tan, PhD, propesor sa Department of Pediatrics at isang imbestigador sa Center for Childhood Cancer Research sa CHOP. "Habang ang aming papel ay mahalaga, nakikita namin na ang atlas ay gagamitin upang bumuo ng mga bagong diagnostic na pagsusuri, tukuyin ang mga bagong target para sa CAR-T therapy at iba pang mga therapeutic approach, at tumuklas ng spatial biomarker ng sakit."

Habang ang inisyatiba ay pinangunahan ng CHOP at Penn, ang pananaliksik ay bahagi rin ng isang mas malaking proyekto na tinatawag na Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP). Ang HuBMAP consortium ay binubuo ng 42 iba't ibang grupo ng pananaliksik mula sa mga unibersidad sa 14 na estado at apat na bansa. Nakikipagtulungan ang mga mananaliksik upang lumikha ng susunod na henerasyon ng mga teknolohiya sa pagsusuri ng molekular at mga computational na tool na lilikha ng mga pangunahing mga mapa ng tissue at mga atlas ng mga function at relasyon sa pagitan ng mga selula sa katawan ng tao.

"Ang pagsasaliksik ng ganito kalaki ay posible lamang sa pamamagitan ng napakalaking pagsisikap ng koponan," sabi ni Showik Bandyopadhyay, PhD, nangungunang may-akda ng pag-aaral at isang manggagamot-siyentipiko sa pagsasanay sa lab ni Tan. "Sa pamamagitan ng pakikipagtulungan sa maraming institusyon at research consortia, nakakuha kami ng mga pangunahing insight sa microscopic building blocks ng katawan ng tao."

Matagal nang pinag-isipan ng mga siyentipiko na bagama't karamihan sa bone marrow ay binubuo ng mga selula ng dugo, ang isang maliit na porsyento ng mga non-blood cell ay maaaring may mahalagang papel sa pagkabata at adultong mga sakit sa bone marrow tulad ng leukemia, myeloproliferative disorder, o bone marrow failure syndromes. Gayunpaman, hanggang sa pag-aaral na ito, ang mga naturang pag-aaral ay nahadlangan ng mga teknikal na hamon na nauugnay sa pambihira at hina ng mga cell na ito.

Ang papel na ito ay ang unang nagtagumpay sa mga limitasyong ito at komprehensibong profile ng adult na bone marrow ng tao gamit ang single-cell RNA sequencing. Ang pamamaraan na ito ay nagbibigay-daan para sa pagkuha ng kumpletong mga profile ng gene ng sampu-sampung libong indibidwal na mga cell, na nagpapakita ng buong komposisyon ng mga uri ng cell na bumubuo sa isang organ.

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

Sa pag-aaral, ang mga siyentipiko ay nakatuon sa utak ng buto, na kumokontrol sa mahahalagang proseso sa pag-unlad ng selula ng dugo at kaligtasan sa sakit. Natukoy nila ang hindi bababa sa siyam na subtype ng mga non-hematopoietic na mga cell, kabilang ang mga stromal cells, bone cells, at endothelial (dugo) na mga cell, hindi bababa sa tatlo sa mga ito ay hindi pa inilarawan dati, na gumawa ng mahalagang mga kadahilanan ng suporta. Ang mga mananaliksik ay lumikha ng isang encyclopedia ng mga bihirang non-blood cell na ito na gumagawa ng mga salik na inaakala na mahalaga para sa hematopoiesis ng tao, na makakatulong na mas maunawaan kung aling cellular communication ang dapat pagtuunan ng pansin sa mga pag-aaral sa hinaharap.

Itinatampok ng kanilang mga resulta ang lalong mahalagang papel ng teknolohiya sa biomolecular na pananaliksik ngayon. Ang mga may-akda ay lumikha ng spatial atlas ng bone marrow, kabilang ang mga 800,000 cell, gamit ang isang sopistikadong bagong pamamaraan na tinatawag na CODEX na sinamahan ng machine learning. Ang diskarte na ito, kasama ang maingat na manu-manong annotation ng libu-libong mga cell at istruktura, ay nagbigay-daan sa kanila na matukoy na ang malusog na bone marrow ay may natatanging spatial na organisasyon, at ang mga fat cell ay mas malapit na nauugnay sa mga hematopoietic na selula kaysa sa naisip.

"Nagsisimula pa lang kaming maunawaan kung ano ang posible," sabi ni Tan. "Ang mga pag-aaral sa hinaharap ay maaaring bumuo sa aming trabaho, na nagpapabilis ng pananaliksik sa bone marrow na may pag-asa na balang araw ang mga digital na landas na ito ay hahantong sa mga medikal na tagumpay sa paggamot ng talamak na leukemia at iba pang mga sakit sa utak ng buto."

Ling Qing, PhD, isa pang senior author ng pag-aaral at isang propesor ng orthopedic surgery sa Perelman School of Medicine, ay sumang-ayon at naniniwala na ang pag-aaral ay magbubunga ng pangmatagalang resulta.

"Kapag inilapat sa mga sample mula sa mga pasyente ng leukemia, ang mga pamamaraan na ito ay nagpapakita ng pagpapalawak ng mga mesenchymal cells, isang uri ng bihirang non-blood cell, sa lugar ng mga selula ng kanser sa bone marrow," sabi ni Qing. "Ito ay tumuturo sa isang posibleng bagong direksyon para sa hinaharap na paggamot sa sakit."