Atlas Sumsum Tulang Biomolekuler Memberikan Wawasan Unik tentang Hematopoiesis

Para peneliti dari Children's Hospital of Philadelphia (CHOP) dan Perelman School of Medicine di University of Pennsylvania telah menciptakan atlas sumsum tulang baru yang canggih yang akan memberikan paspor visual pertama kepada masyarakat untuk melihat kondisi pasien. Spektrum hematopoiesis sehat dan sakit. Hasilnya dipublikasikan di majalah seluler.

“Untuk pertama kalinya, kami akan memiliki kerangka kerja komprehensif untuk melihat ekspresi gen lengkap dan organisasi spasial sel sumsum tulang,” kata penulis studi senior Kai Tang, Ph.D., profesor di departemen tersebut di bidang pediatri dan peneliti di Pusat Penelitian Kanker Anak di CHOP. “Meskipun makalah kami sangat penting, kami membayangkan atlas ini akan digunakan untuk mengembangkan tes diagnostik baru, mengidentifikasi target baru untuk terapi CAR-T dan pendekatan terapeutik lainnya, dan menemukan biomarker penyakit secara spasial.”

Meskipun inisiatif ini dipimpin oleh CHOP dan Penn, penelitian ini juga merupakan bagian dari Program Atlas BioMolekuler Manusia (HuBMAP) yang lebih luas. Konsorsium HuBMAP terdiri dari 42 kelompok penelitian berbeda dari universitas di 14 negara bagian dan empat negara. Para peneliti berkolaborasi untuk menciptakan teknologi analisis molekuler dan alat komputasi generasi berikutnya yang akan membuat peta jaringan dasar dan atlas fungsi dan hubungan antar sel dalam tubuh manusia.

“Penelitian sebesar ini hanya mungkin dilakukan melalui upaya tim yang luar biasa,” kata Showik Bandyopadhyay, Ph.D., penulis utama studi tersebut dan seorang ilmuwan dokter yang menjalani pelatihan di laboratorium Tan. “Melalui kolaborasi berbagai institusi dan konsorsium ilmiah, kami dapat memperoleh wawasan mendasar tentang komponen mikroskopis tubuh manusia.”

Para ilmuwan telah lama berteori bahwa meskipun sebagian besar sumsum tulang terdiri dari sel darah, sebagian kecil sel non-darah mungkin berperan penting dalam penyakit sumsum tulang pada masa kanak-kanak dan dewasa seperti leukemia, kelainan mieloproliferatif, atau sumsum tulang. Sindrom kegagalan. Namun, sebelum penelitian ini dilakukan, penelitian tersebut sulit dilakukan karena masalah teknis terkait dengan kelangkaan dan kerapuhan sel-sel tersebut.

Makalah ini adalah yang pertama mengatasi keterbatasan ini dan secara komprehensif membuat profil sumsum tulang manusia dewasa menggunakan pengurutan RNA sel tunggal. Teknik ini dapat menangkap profil gen lengkap dari puluhan ribu sel individu, sehingga mengungkap komposisi lengkap jenis sel yang membentuk suatu organ.

Sumber: Sel (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.04.013

Dalam penelitian tersebut, para ilmuwan berfokus pada sumsum tulang, yang mengatur proses penting dalam perkembangan sel darah dan kekebalan. Mereka mengidentifikasi setidaknya sembilan subtipe sel non-hematopoietik, termasuk sel stroma, sel tulang, dan sel endotel (darah), setidaknya tiga di antaranya belum pernah dijelaskan sebelumnya, dan menghasilkan faktor pendukung yang penting. Para peneliti telah membuat ensiklopedia sel non-darah langka yang menghasilkan faktor-faktor yang dianggap penting dalam hematopoiesis manusia, yang akan membantu lebih memahami komunikasi seluler mana yang harus menjadi fokus penelitian di masa depan.

Hasilnya menyoroti semakin pentingnya peran teknologi dalam penelitian biomolekuler saat ini. Para penulis membuat atlas spasial sumsum tulang yang terdiri dari sekitar 800.000 sel menggunakan teknik baru canggih yang disebut CODEX yang dikombinasikan dengan pembelajaran mesin. Pendekatan ini, ditambah dengan anotasi manual yang cermat terhadap ribuan sel dan struktur, memungkinkan mereka menentukan bahwa sumsum tulang yang sehat memiliki organisasi spasial yang sangat jelas, dan sel-sel lemak lebih erat kaitannya dengan sel hematopoietik daripada yang diperkirakan sebelumnya.

"Kami baru mulai menyadari apa yang mungkin terjadi," kata Tan. “Penelitian di masa depan dapat melanjutkan pekerjaan kami dengan mempercepat penelitian sumsum tulang dengan harapan bahwa jalur digital ini suatu hari nanti akan menghasilkan terobosan medis dalam pengobatan leukemia akut dan penyakit sumsum tulang lainnya.”

Ling Qing, Ph.D., penulis senior lain dari penelitian ini dan seorang profesor bedah ortopedi di Perelman School of Medicine, setuju dan yakin penelitian ini akan memberikan hasil jangka panjang.

“Ketika diterapkan pada sampel dari pasien leukemia, teknik ini mendeteksi perluasan sel mesenkim, sejenis sel non-darah yang langka, di lokasi sel kanker di sumsum tulang,” kata Qing. "Hal ini menunjukkan kemungkinan arah baru untuk pengobatan penyakit di masa depan."