L'Atlante biomolecolare del midollo osseo fornisce approfondimenti unici sull'ematopoiesi

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

"Per la prima volta, avremo un quadro completo per visualizzare l'espressione genica completa e l'organizzazione spaziale delle cellule del midollo osseo", ha affermato l'autore senior dello studio Kai Tang, Ph.D., professore del dipartimento in pediatria e ricercatore presso il Center for Children's Cancer Research del CHOP. "Sebbene il nostro articolo 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 della malattia."

Sebbene l'iniziativa sia stata guidata da CHOP e Penn, la ricerca fa anche parte del più ampio programma Human BioMolecular Atlas (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 un atlante delle funzioni e delle relazioni tra le cellule nel corpo umano.

"Una ricerca di questa portata è possibile solo attraverso un enorme lavoro di squadra", ha affermato Showik Bandyopadhyay, Ph.D., autore principale dello studio e medico scienziato che si sta formando nel laboratorio di Tan. "Grazie alla collaborazione di molteplici istituzioni e consorzi scientifici, siamo riusciti ad acquisire conoscenze fondamentali sugli elementi costitutivi microscopici del corpo umano."

Gli scienziati teorizzano da tempo che, sebbene la maggior parte del midollo osseo sia composta da cellule del sangue, una piccola percentuale di cellule non ematiche può svolgere un ruolo importante nelle malattie del midollo osseo dell'infanzia e dell'adulto come la leucemia, i disturbi mieloproliferativi o il midollo osseo sindromi da fallimento. Tuttavia, prima di questo studio, tale ricerca era stata difficile a causa di problemi tecnici associati alla rarità e alla fragilità di queste cellule.

Questo articolo è il primo a superare queste limitazioni e a delineare in modo completo il midollo osseo umano adulto utilizzando il sequenziamento dell'RNA di singole cellule. Questa tecnica può acquisire profili genetici completi di decine di migliaia di singole cellule, rivelando la composizione completa dei tipi di cellule 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 ematopoietiche, tra cui cellule stromali, cellule ossee e cellule endoteliali (del sangue), almeno tre delle quali non erano state descritte in precedenza, e che producevano importanti fattori di supporto. I ricercatori hanno creato un'enciclopedia di queste rare cellule non ematiche che producono fattori ritenuti importanti nell'ematopoiesi umana, che aiuterà a capire meglio su quale comunicazione cellulare dovrebbe concentrarsi la ricerca futura.

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

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

Ling Qing, Ph.D., un altro autore senior di questo studio e professore di chirurgia ortopedica presso la Perelman School of Medicine, è d'accordo e ritiene che questo studio avrà risultati a lungo termine.

"Quando applicate a campioni di pazienti affetti da leucemia, queste tecniche rilevano l'espansione delle cellule mesenchimali, un tipo di cellule rare non ematiche, nel sito delle cellule tumorali nel midollo osseo", ha affermato Qing. "Ciò indica una possibile nuova direzione per il futuro trattamento delle malattie."