Atlas biomolekul sumsum tulang memberikan gambaran unik tentang proses hematopoiesis

Penyelidik di Hospital Kanak-Kanak Philadelphia (CHOP) dan Sekolah Perubatan Perelman di Universiti Pennsylvania telah mencipta atlas sumsum tulang baharu yang berkuasa yang akan menyediakan orang ramai dengan pasport visual pertama seumpamanya kepada spektrum hematopoiesis yang sihat dan berpenyakit. Hasilnya diterbitkan dalam jurnal Cell.

"Buat pertama kalinya, kami akan mempunyai rangka kerja yang komprehensif untuk melihat ekspresi gen lengkap dan organisasi spatial sel sumsum tulang, " kata pengarang kajian kanan Kai Tan, PhD, profesor di Jabatan Pediatrik dan penyiasat di Pusat Penyelidikan Kanser Kanak-kanak di CHOP. "Walaupun kertas kami adalah asas, kami membayangkan bahawa atlas akan digunakan untuk membangunkan ujian diagnostik baharu, mengenal pasti sasaran baharu untuk terapi CAR-T dan pendekatan terapeutik lain, dan menemui biomarker spatial penyakit."

Walaupun inisiatif itu diketuai oleh CHOP dan Penn, penyelidikan itu juga merupakan sebahagian daripada projek yang lebih besar yang dipanggil Program Atlas BioMolekul Manusia (HuBMAP). Konsortium HuBMAP terdiri daripada 42 kumpulan penyelidikan berbeza daripada universiti di 14 negeri dan empat negara. Penyelidik bekerjasama untuk mencipta teknologi analisis molekul dan alat pengiraan generasi seterusnya yang akan mencipta peta tisu asas dan atlas fungsi dan hubungan antara sel dalam badan manusia.

"Penyelidikan magnitud ini hanya boleh dilakukan melalui usaha pasukan yang monumental," kata Showik Bandyopadhyay, PhD, pengarang utama kajian itu dan seorang pakar perubatan-saintis dalam latihan di makmal Tan. "Melalui kerjasama merentasi pelbagai institusi dan konsortium penyelidikan, kami dapat memperoleh pandangan asas tentang blok bangunan mikroskopik tubuh manusia."

Para saintis telah lama berteori bahawa walaupun kebanyakan sumsum tulang terdiri daripada sel darah, peratusan kecil sel bukan darah mungkin memainkan peranan penting dalam penyakit sumsum tulang kanak-kanak dan dewasa seperti leukemia, gangguan mieloproliferatif, atau sindrom kegagalan sumsum tulang. Walau bagaimanapun, sehingga kajian ini, kajian sedemikian telah dihalang oleh cabaran teknikal yang berkaitan dengan jarang dan kerapuhan sel-sel ini.

Makalah ini adalah yang pertama untuk mengatasi batasan ini dan profil sumsum tulang manusia dewasa secara komprehensif menggunakan penjujukan RNA sel tunggal. Teknik ini membolehkan penangkapan profil gen lengkap berpuluh ribu sel individu, mendedahkan komposisi penuh jenis sel yang membentuk organ.

Sumber: Sel (2024). DOI: 10.1016/j.sel.2024.04.013

Dalam kajian itu, para saintis memberi tumpuan kepada sumsum tulang, yang mengawal proses penting dalam pembangunan sel darah dan imuniti. Mereka mengenal pasti sekurang-kurangnya sembilan subtipe sel bukan hematopoietik, termasuk sel stroma, sel tulang, dan sel endothelial (darah), sekurang-kurangnya tiga daripadanya belum diterangkan sebelum ini, yang menghasilkan faktor sokongan penting. Para penyelidik mencipta ensiklopedia sel bukan darah yang jarang ditemui ini yang menghasilkan faktor yang dianggap penting untuk hematopoiesis manusia, yang akan membantu memahami dengan lebih baik komunikasi selular yang harus ditumpukan dalam kajian masa depan.

Keputusan mereka menyerlahkan peranan teknologi yang semakin penting dalam penyelidikan biomolekul hari ini. Penulis mencipta atlas spatial sumsum tulang, termasuk kira-kira 800,000 sel, menggunakan teknik baharu yang canggih dipanggil CODEX digabungkan dengan pembelajaran mesin. Pendekatan ini, bersama-sama dengan anotasi manual yang teliti bagi beribu-ribu sel dan struktur, membolehkan mereka menentukan bahawa sumsum tulang yang sihat mempunyai organisasi spatial yang sangat berbeza, dan sel-sel lemak lebih berkait rapat dengan sel hematopoietik daripada yang difikirkan sebelum ini.

"Kami baru mula memahami apa yang mungkin," kata Tan. "Kajian masa depan boleh membina kerja kami, mempercepatkan penyelidikan sumsum tulang dengan harapan bahawa satu hari nanti laluan digital ini akan membawa kepada kejayaan perubatan dalam rawatan leukemia akut dan penyakit sumsum tulang yang lain."

Ling Qing, PhD, seorang lagi pengarang kanan kajian dan profesor pembedahan ortopedik di Sekolah Perubatan Perelman, bersetuju dan percaya kajian itu akan membuahkan hasil jangka panjang.

"Apabila digunakan pada sampel daripada pesakit leukemia, teknik ini mendedahkan pengembangan sel mesenchymal, sejenis sel bukan darah yang jarang ditemui, di tapak sel kanser dalam sumsum tulang," kata Qing. "Ini menunjukkan arah baru yang mungkin untuk rawatan penyakit masa depan."