Atlas ไขกระดูกเชิงชีวโมเลกุลให้ข้อมูลเชิงลึกที่ไม่ซ้ำใครเกี่ยวกับการสร้างเม็ดเลือด

นักวิจัยจากโรงพยาบาลเด็กในฟิลาเดลเฟีย (CHOP) และโรงเรียนแพทย์ Perelman แห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย ได้สร้างแผนที่ไขกระดูกใหม่อันทรงพลังที่จะมอบหนังสือเดินทางที่มองเห็นได้เป็นครั้งแรกให้กับสาธารณชน สเปกตรัมของเม็ดเลือดที่มีสุขภาพดีและเป็นโรค ผลลัพธ์ได้รับการเผยแพร่ใน นิตยสาร Cell

“เป็นครั้งแรกที่เราจะมีกรอบการทำงานที่ครอบคลุมเพื่อดูการแสดงออกของยีนที่สมบูรณ์และการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของเซลล์ไขกระดูก” Kai Tang, Ph.D. ศาสตราจารย์ในภาควิชา ผู้เขียนการศึกษาอาวุโสกล่าว ในด้านกุมารเวชศาสตร์และเป็นนักวิจัยจากศูนย์วิจัยมะเร็งเด็กที่ CHOP “แม้ว่างานวิจัยของเราจะเป็นพื้นฐาน แต่เราคาดการณ์ว่าแผนที่จะถูกนำมาใช้เพื่อพัฒนาการทดสอบวินิจฉัยใหม่ๆ ระบุเป้าหมายใหม่สำหรับการบำบัดด้วย CAR-T และวิธีการรักษาอื่นๆ และค้นพบตัวบ่งชี้ทางชีวภาพเชิงพื้นที่ของโรค”

แม้ว่าโครงการริเริ่มนี้จะนำโดย CHOP และ Penn แต่การวิจัยยังเป็นส่วนหนึ่งของ Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP) ที่กว้างขวางยิ่งขึ้น กลุ่มความร่วมมือ HuBMAP ประกอบด้วยกลุ่มวิจัย 42 กลุ่มจากมหาวิทยาลัยใน 14 รัฐและ 4 ประเทศ นักวิจัยกำลังร่วมมือกันเพื่อสร้างเทคโนโลยีการวิเคราะห์ระดับโมเลกุลและเครื่องมือคำนวณยุคถัดไปที่จะสร้างแผนที่เนื้อเยื่อพื้นฐานและแผนที่แสดงการทำงานและความสัมพันธ์ระหว่างเซลล์ในร่างกายมนุษย์

"การวิจัยขนาดนี้จะเกิดขึ้นได้ด้วยความพยายามอย่างมากของทีมเท่านั้น" ดร. Showik Bandyopadhyay ผู้เขียนหลักของการศึกษาวิจัยและการฝึกอบรมนักวิทยาศาสตร์แพทย์ในห้องทดลองของ Tan กล่าว “ด้วยความร่วมมือของสถาบันหลายแห่งและสมาคมทางวิทยาศาสตร์ เราจึงสามารถได้รับข้อมูลเชิงลึกพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคของร่างกายมนุษย์”

นักวิทยาศาสตร์ตั้งทฤษฎีมานานแล้วว่าแม้ว่าไขกระดูกส่วนใหญ่จะประกอบด้วยเซลล์เม็ดเลือด แต่เซลล์ที่ไม่ใช่เลือดจำนวนเล็กน้อยอาจมีบทบาทสำคัญในโรคไขกระดูกในวัยเด็กและผู้ใหญ่ เช่น มะเร็งเม็ดเลือดขาว ความผิดปกติของการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อกระดูก หรือไขกระดูก อาการล้มเหลว อย่างไรก็ตาม ก่อนการศึกษานี้ การวิจัยดังกล่าวเป็นเรื่องยากเนื่องจากปัญหาทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับความหายากและความเปราะบางของเซลล์เหล่านี้

บทความนี้เป็นฉบับแรกที่เอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้และศึกษาประวัติไขกระดูกมนุษย์ที่เป็นผู้ใหญ่อย่างครอบคลุมโดยใช้การจัดลำดับ RNA เซลล์เดียว เทคนิคนี้สามารถบันทึกโปรไฟล์ยีนที่สมบูรณ์ของเซลล์แต่ละเซลล์นับหมื่นเซลล์ ซึ่งเผยให้เห็นองค์ประกอบทั้งหมดของเซลล์ประเภทต่างๆ ที่ประกอบเป็นอวัยวะ

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

ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์มุ่งเน้นไปที่ไขกระดูก ซึ่งควบคุมกระบวนการสำคัญในการพัฒนาเซลล์เม็ดเลือดและภูมิคุ้มกัน พวกเขาระบุชนิดย่อยของเซลล์ที่ไม่ใช่เม็ดเลือดอย่างน้อยเก้าชนิด รวมถึงเซลล์สโตรมัล เซลล์กระดูก และเซลล์บุผนังหลอดเลือด (เลือด) ซึ่งอย่างน้อยสามชนิดไม่เคยมีการอธิบายไว้ก่อนหน้านี้ และก่อให้เกิดปัจจัยสนับสนุนที่สำคัญ นักวิจัยได้สร้างสารานุกรมเกี่ยวกับเซลล์ที่ไม่ใช่เลือดที่หายากเหล่านี้ ซึ่งผลิตปัจจัยที่คิดว่ามีความสำคัญในการสร้างเม็ดเลือดของมนุษย์ ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าการวิจัยในอนาคตเกี่ยวกับการสื่อสารผ่านเซลล์แบบใดควรมุ่งเน้น

ผลลัพธ์ของพวกเขาเน้นย้ำถึงบทบาทที่สำคัญมากขึ้นของเทคโนโลยีในการวิจัยชีวโมเลกุลในปัจจุบัน ผู้เขียนได้สร้างแผนที่เชิงพื้นที่ของไขกระดูกที่ประกอบด้วยเซลล์ประมาณ 800,000 เซลล์โดยใช้เทคนิคใหม่ที่ซับซ้อนที่เรียกว่า CODEX ร่วมกับการเรียนรู้ของเครื่อง แนวทางนี้ควบคู่ไปกับการอธิบายเซลล์และโครงสร้างหลายพันเซลล์ด้วยตนเองอย่างละเอียด ช่วยให้พวกเขาสามารถระบุได้ว่าไขกระดูกที่แข็งแรงมีการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ที่ชัดเจนมาก และเซลล์ไขมันมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับเซลล์เม็ดเลือดมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้

"เราเพิ่งเริ่มตระหนักถึงสิ่งที่เป็นไปได้" Tan กล่าว “การวิจัยในอนาคตสามารถต่อยอดงานของเราได้โดยการเร่งการวิจัยเกี่ยวกับไขกระดูก ด้วยความหวังว่าสักวันหนึ่งแนวทางดิจิทัลเหล่านี้จะนำไปสู่ความก้าวหน้าทางการแพทย์ในการรักษาโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเฉียบพลันและโรคไขกระดูกอื่นๆ”

Ling Qing, Ph.D. ผู้เขียนอาวุโสอีกคนหนึ่งของการศึกษานี้และเป็นศาสตราจารย์ด้านศัลยกรรมกระดูกที่ Perelman School of Medicine เห็นด้วยและเชื่อว่าการศึกษานี้จะให้ผลลัพธ์ในระยะยาว

“เมื่อนำไปใช้กับตัวอย่างจากผู้ป่วยโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว เทคนิคเหล่านี้จะตรวจจับการขยายตัวของเซลล์มีเซนไคมัล ซึ่งเป็นเซลล์ที่ไม่ใช่เลือดหายากชนิดหนึ่ง ณ ตำแหน่งของเซลล์มะเร็งในไขกระดูก” ชิงกล่าว "สิ่งนี้ชี้ให้เห็นถึงทิศทางใหม่ที่เป็นไปได้สำหรับการรักษาโรคในอนาคต"