Биомолекулярный атлас костного мозга дает уникальное представление о процессе кроветворения

Исследователи из Детской больницы Филадельфии (CHOP) и Школы медицины Перельмана при Пенсильванском университете создали мощный новый атлас костного мозга, который предоставит общественности первый в своем роде визуальный паспорт по спектру здорового и больного кроветворения. Результаты опубликованы в журнале Cell.

«Впервые у нас будет комплексная структура для обзора полного генного выражения и пространственной организации клеток костного мозга», — сказал старший автор исследования Кай Тан, доктор философии, профессор кафедры педиатрии и исследователь Центра исследований рака у детей в CHOP. «Хотя наша статья является фундаментальной, мы представляем, что атлас будет использоваться для разработки новых диагностических тестов, идентификации новых целей для CAR-T терапии и других терапевтических подходов, а также для открытия пространственных биомаркеров заболеваний».

Хотя инициатива была возглавлена CHOP и Penn, исследование также является частью более широкого проекта Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP). Консорциум HuBMAP состоит из 42 различных исследовательских групп из университетов в 14 штатах и четырех странах. Исследователи сотрудничают для создания следующего поколения технологий молекулярного анализа и вычислительных инструментов, что позволит создать базовые карты тканей и атлас функций и взаимоотношений между клетками в человеческом теле.

«Исследования такого масштаба возможны только благодаря колоссальным командным усилиям», — сказал Шовик Бандьопадхьяй, доктор философии, ведущий автор исследования и ученый-врач, проходящий подготовку в лаборатории Тана. «Благодаря сотрудничеству множества учреждений и научных консорциумов мы смогли получить фундаментальное представление о микроскопических строительных блоках человеческого тела».

Ученые давно теоретизировали, что хотя большинство костного мозга состоит из клеток крови, небольшой процент некровяных клеток может играть важную роль в детских и взрослых заболеваниях костного мозга, таких как лейкемия, миелопролиферативные нарушения или синдромы недостаточности костного мозга. Однако до этого исследования проведение таких исследований было затруднено из-за технических проблем, связанных с редкостью и хрупкостью этих клеток.

Эта статья является первой, которая преодолела эти ограничения и комплексно профилировала костный мозг взрослого человека с помощью секвенирования РНК отдельных клеток. Эта техника позволяет захватывать полные профили генов десятков тысяч отдельных клеток, выявляя полный состав типов клеток, составляющих орган.

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

В исследовании ученые сосредоточились на костном мозге, который регулирует важные процессы в развитии кровяных клеток и иммунитете. Они выявили по крайней мере девять подтипов не-гемопоэтических клеток, включая стромальные клетки, костные клетки и эндотелиальные (кровеносные) клетки, по крайней мере три из которых ранее не были описаны и которые производили важные поддерживающие факторы. Исследователи создали энциклопедию этих редких некровяных клеток, производящих факторы, которые считаются важными для человеческого кроветворения, что поможет лучше понять, на какую клеточную коммуникацию следует сосредоточить будущие исследования.

Их результаты подчеркивают все более важную роль технологий в сегодняшних биомолекулярных исследованиях. Авторы создали пространственный атлас костного мозга, включающий около 800 000 клеток, используя сложную новую технику под названием CODEX в сочетании с машинным обучением. Этот подход, вместе с тщательной ручной аннотацией тысяч клеток и структур, позволил им определить, что здоровый костный мозг имеет очень четкую пространственную организацию, а жировые клетки теснее связаны с кроветворными клетками, чем считалось ранее.

«Мы только начинаем осознавать, что возможно», — сказал Тан. «Будущие исследования могут основываться на нашей работе, ускоряя исследования костного мозга с надеждой на то, что однажды эти цифровые пути приведут к медицинским прорывам в лечении острой лейкемии и других заболеваний костного мозга».

Линг Цин, доктор философии, другой старший автор этого исследования и профессор ортопедической хирургии в Школе медицины Перельмана, согласен и считает, что это исследование принесет долгосрочные результаты.

«При применении к образцам пациентов с лейкемией эти техники выявляют расширение мезенхимальных клеток, типа редких некровяных клеток, в месте нахождения раковых клеток в костном мозге», — сказал Цин. «Это указывает на возможное новое направление для будущего лечения заболеваний».