Un atlante biomolecolare del midollo osseo fornisce una visione unica del processo di emopoiesi

I ricercatori del Children's Hospital of Philadelphia (CHOP) e della Perelman School of Medicine dell'Università della Pennsylvania hanno creato un nuovo e potente atlante del midollo osseo che fornirà al pubblico un passaporto visivo unico nel suo genere per lo spettro dell'ematopoiesi sana e patologica. I risultati sono pubblicati sulla rivista Cell.

"Per la prima volta, avremo a disposizione un quadro completo per visualizzare l'espressione genica completa e l'organizzazione spaziale delle cellule del midollo osseo ", ha affermato l'autore principale dello studio, Kai Tan, PhD, professore presso il Dipartimento di Pediatria e ricercatore presso il Center for Childhood Cancer Research del CHOP. "Sebbene il nostro studio sia fondamentale, prevediamo che l'atlante verrà utilizzato per sviluppare nuovi test diagnostici, identificare nuovi bersagli per la terapia CAR-T e altri approcci terapeutici, e scoprire biomarcatori spaziali di malattia".

Sebbene l'iniziativa sia stata guidata da CHOP e Penn, la ricerca fa anche parte di un progetto più ampio chiamato Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP). Il consorzio HuBMAP è composto da 42 diversi gruppi di ricerca provenienti da università di 14 stati e quattro paesi. I ricercatori stanno collaborando per creare la prossima generazione di tecnologie di analisi molecolare e strumenti computazionali che creeranno mappe tissutali di base e atlanti delle funzioni e delle relazioni tra le cellule del corpo umano.

"Una ricerca di questa portata è possibile solo grazie a un monumentale lavoro di squadra", ha affermato Showik Bandyopadhyay, PhD, autore principale dello studio e medico-scienziato in formazione nel laboratorio di Tan. "Grazie alla collaborazione tra diverse istituzioni e consorzi di ricerca, siamo stati in grado di acquisire conoscenze fondamentali sui microscopici elementi costitutivi del corpo umano".

Gli scienziati hanno a lungo teorizzato che, sebbene la maggior parte del midollo osseo sia composta da cellule del sangue, una piccola percentuale di cellule non ematiche potrebbe svolgere un ruolo importante nelle malattie del midollo osseo infantili e adulte come la leucemia, le malattie mieloproliferative o le sindromi da insufficienza midollare. Tuttavia, fino a questo studio, tali studi erano stati ostacolati da difficoltà tecniche legate alla rarità e alla fragilità di queste cellule.

Questo articolo è il primo a superare questi limiti e a profilare in modo completo il midollo osseo umano adulto utilizzando il sequenziamento dell'RNA a singola cellula. Questa tecnica consente di acquisire profili genici completi di decine di migliaia di singole cellule, rivelando la composizione completa dei tipi cellulari che compongono un organo.

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

Nello studio, gli scienziati si sono concentrati sul midollo osseo, che regola importanti processi nello sviluppo delle cellule del sangue e nell'immunità. Hanno identificato almeno nove sottotipi di cellule non emopoietiche, tra cui cellule stromali, cellule ossee e cellule endoteliali (del sangue), almeno tre delle quali non erano state precedentemente descritte, che producevano importanti fattori di supporto. I ricercatori hanno creato un'enciclopedia di queste rare cellule non emopoietiche che producono fattori ritenuti importanti per l'ematopoiesi umana, che aiuterà a comprendere meglio su quale comunicazione cellulare concentrarsi negli studi futuri.

I loro risultati evidenziano il ruolo sempre più importante della tecnologia nella ricerca biomolecolare odierna. Gli autori hanno creato un atlante spaziale del midollo osseo, che include circa 800.000 cellule, utilizzando una nuova e sofisticata tecnica chiamata CODEX, combinata con l'apprendimento automatico. Questo approccio, insieme a un'attenta annotazione manuale di migliaia di cellule e strutture, ha permesso loro di determinare che il midollo osseo sano presenta un'organizzazione spaziale molto distinta e che le cellule adipose sono più strettamente correlate alle cellule ematopoietiche di quanto si pensasse in precedenza.

"Stiamo appena iniziando a capire cosa è possibile", ha detto Tan. "Studi futuri possono basarsi sul nostro lavoro, accelerando la ricerca sul midollo osseo, nella speranza che un giorno questi percorsi digitali portino a scoperte mediche nel trattamento della leucemia acuta e di altre malattie del midollo osseo".

Ling Qing, PhD, altro autore principale dello studio e professore di chirurgia ortopedica presso la Perelman School of Medicine, concorda e ritiene che lo studio produrrà risultati a lungo termine.

"Applicate a campioni di pazienti affetti da leucemia, queste tecniche rivelano un'espansione delle cellule mesenchimali, un tipo raro di cellula non ematica, nella sede delle cellule tumorali nel midollo osseo", ha affermato Qing. "Questo indica una possibile nuova direzione per il futuro trattamento delle malattie."