แผนที่ชีวโมเลกุลของไขกระดูกให้ข้อมูลเชิงลึกที่เป็นเอกลักษณ์เกี่ยวกับกระบวนการสร้างเม็ดเลือด

นักวิจัยจากโรงพยาบาลเด็กแห่งฟิลาเดลเฟีย (CHOP) และคณะแพทยศาสตร์ Perelman แห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย ได้สร้างแผนที่ไขกระดูกแบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยให้ประชาชนทั่วไปได้มองเห็นภาพรวมของการสร้างเม็ดเลือดทั้งที่แข็งแรงและป่วยได้เป็นครั้งแรก ผลการวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Cell

“เป็นครั้งแรกที่เราจะมีกรอบงานที่ครอบคลุมเพื่อดูการแสดงออกของยีนทั้งหมดและการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของ เซลล์ ไขกระดูก ” ดร. Kai Tan ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษานี้ ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ในภาควิชากุมารเวชศาสตร์และนักวิจัยในศูนย์วิจัยมะเร็งในวัยเด็กที่ CHOP กล่าว “แม้ว่าเอกสารของเราจะมีความสำคัญพื้นฐาน แต่เราคาดหวังว่าแผนที่นี้จะถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาวิธีทดสอบการวินิจฉัยใหม่ๆ ระบุเป้าหมายใหม่สำหรับการบำบัดด้วย CAR-T และแนวทางการบำบัดอื่นๆ และค้นพบไบโอมาร์กเกอร์เชิงพื้นที่ของโรค”

แม้ว่าโครงการนี้จะนำโดย CHOP และ Penn แต่การวิจัยยังเป็นส่วนหนึ่งของโครงการขนาดใหญ่กว่าที่เรียกว่า Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP) อีกด้วย กลุ่มวิจัย HuBMAP ประกอบด้วยกลุ่มวิจัย 42 กลุ่มจากมหาวิทยาลัยใน 14 รัฐและ 4 ประเทศ นักวิจัยกำลังร่วมมือกันเพื่อสร้างเทคโนโลยีการวิเคราะห์โมเลกุลและเครื่องมือคำนวณรุ่นต่อไปที่จะสร้างแผนที่เนื้อเยื่อพื้นฐานและแผนที่แสดงหน้าที่และความสัมพันธ์ระหว่างเซลล์ในร่างกายมนุษย์

“การวิจัยในระดับนี้เป็นไปได้ด้วยความพยายามของทีมงานที่ยิ่งใหญ่” ดร. Showik Bandyopadhyay หัวหน้าคณะผู้จัดทำการศึกษาวิจัยและแพทย์ที่เป็นนักวิทยาศาสตร์ฝึกอบรมในห้องทดลองของ Tan กล่าว “ด้วยความร่วมมือจากสถาบันต่างๆ และกลุ่มวิจัยต่างๆ เราจึงสามารถได้รับข้อมูลเชิงลึกพื้นฐานเกี่ยวกับองค์ประกอบระดับจุลภาคของร่างกายมนุษย์”

นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งทฤษฎีมานานแล้วว่าแม้ไขกระดูกส่วนใหญ่จะประกอบด้วยเซลล์เม็ดเลือด แต่เซลล์ที่ไม่ใช่เม็ดเลือดจำนวนเล็กน้อยอาจมีบทบาทสำคัญในโรคไขกระดูกในเด็กและผู้ใหญ่ เช่น มะเร็งเม็ดเลือดขาว โรคเม็ดเลือดผิดปกติ หรือกลุ่มอาการไขกระดูกล้มเหลว อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งมีการศึกษานี้ การศึกษาดังกล่าวได้รับการขัดขวางจากความท้าทายทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับความหายากและความเปราะบางของเซลล์เหล่านี้

เอกสารนี้เป็นเอกสารฉบับแรกที่เอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้และจัดทำโปรไฟล์ไขกระดูกมนุษย์วัยผู้ใหญ่อย่างครอบคลุมโดยใช้การจัดลำดับ RNA ของเซลล์เดี่ยว เทคนิคนี้ช่วยให้สามารถจับภาพโปรไฟล์ยีนทั้งหมดของเซลล์เดี่ยวจำนวนหลายหมื่นเซลล์ ซึ่งเผยให้เห็นองค์ประกอบทั้งหมดของประเภทเซลล์ที่ประกอบเป็นอวัยวะหนึ่ง

ที่มา: เซลล์ (2024) DOI: 10.1016/j.cell.2024.04.013

ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์มุ่งเน้นไปที่ไขกระดูก ซึ่งควบคุมกระบวนการสำคัญในการพัฒนาเซลล์เม็ดเลือดและภูมิคุ้มกัน พวกเขาระบุเซลล์ที่ไม่ใช่เม็ดเลือดอย่างน้อยเก้าชนิดย่อย ได้แก่ เซลล์สโตรมา เซลล์กระดูก และเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือด (เลือด) ซึ่งอย่างน้อยสามชนิดยังไม่เคยได้รับการอธิบายมาก่อน ซึ่งเซลล์เหล่านี้สร้างปัจจัยสนับสนุนที่สำคัญ นักวิจัยได้สร้างสารานุกรมของเซลล์ที่ไม่ใช่เม็ดเลือดที่หายากเหล่านี้ ซึ่งสร้างปัจจัยที่เชื่อว่าสำคัญต่อการสร้างเม็ดเลือดในมนุษย์ ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าการสื่อสารของเซลล์ใดที่ควรเน้นในการศึกษาในอนาคต

ผลการวิจัยดังกล่าวเน้นย้ำถึงบทบาทที่สำคัญเพิ่มมากขึ้นของเทคโนโลยีในงานวิจัยด้านชีวโมเลกุลในปัจจุบัน ผู้เขียนได้สร้างแผนที่เชิงพื้นที่ของไขกระดูกซึ่งประกอบด้วยเซลล์ประมาณ 800,000 เซลล์โดยใช้เทคนิคใหม่ที่ซับซ้อนที่เรียกว่า CODEX ร่วมกับการเรียนรู้ของเครื่องจักร แนวทางนี้ควบคู่ไปกับการใส่คำอธิบายประกอบด้วยมืออย่างระมัดระวังของเซลล์และโครงสร้างหลายพันเซลล์ ช่วยให้พวกเขาสามารถระบุได้ว่าไขกระดูกที่แข็งแรงมีการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ที่ชัดเจนมาก และเซลล์ไขมันมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับเซลล์เม็ดเลือดมากกว่าที่เคยคิดไว้

“เราเพิ่งจะเริ่มเข้าใจถึงสิ่งที่เป็นไปได้” แทนกล่าว “การศึกษาในอนาคตสามารถต่อยอดจากงานของเราได้ โดยเร่งการวิจัยไขกระดูกด้วยความหวังว่าสักวันหนึ่งเส้นทางดิจิทัลเหล่านี้จะนำไปสู่ความก้าวหน้าทางการแพทย์ในการรักษามะเร็งเม็ดเลือดขาวเฉียบพลันและโรคไขกระดูกอื่นๆ”

ดร. หลิง ชิง ผู้เขียนอาวุโสอีกคนหนึ่งของการศึกษานี้และศาสตราจารย์ด้านศัลยกรรมกระดูกและข้อที่ Perelman School of Medicine เห็นด้วยและเชื่อว่าการศึกษานี้จะให้ผลลัพธ์ในระยะยาว

“เมื่อนำไปใช้กับตัวอย่างจากผู้ป่วยโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว เทคนิคเหล่านี้เผยให้เห็นการขยายตัวของเซลล์มีเซนไคมอล ซึ่งเป็นเซลล์ที่ไม่ใช่เม็ดเลือดชนิดหนึ่งที่หายาก ที่บริเวณที่มีเซลล์มะเร็งในไขกระดูก” ชิงกล่าว “สิ่งนี้ชี้ให้เห็นทิศทางใหม่ที่เป็นไปได้สำหรับการรักษาโรคในอนาคต”