骨髓生物分子图谱为了解造血过程提供了独特视角

费城儿童医院 (CHOP) 和宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员创建了一个强大的新骨髓图谱，它将为公众提供首个可视化的护照，帮助公众了解健康和患病造血系统的范围。该研究结果发表在《细胞》杂志上。

“我们将首次拥有一个全面的框架来观察骨髓细胞的完整基因表达和空间组织，”资深研究作者、费城儿童医院 (CHOP) 儿科教授兼儿童癌症研究中心研究员 Kai Tan 博士说道。“虽然我们的论文具有基础性，但我们设想该图谱将用于开发新的诊断测试，识别 CAR-T 疗法和其他治疗方法的新靶点，并发现疾病的空间生物标志物。”

虽然该项目由费城儿童医院 (CHOP) 和宾夕法尼亚大学牵头，但该研究也是一项名为“人类生物分子图谱计划”（HuBMAP）的大型项目的一部分。HuBMAP 联盟由来自 14 个州和 4 个国家的 42 个不同研究小组组成。研究人员正在合作开发下一代分子分析技术和计算工具，以创建人体细胞功能和关系的基本组织图谱和图谱。

“如此规模的研究只有通过团队的共同努力才能实现，”该研究的主要作者、Tan实验室的在读医师科学家Showik Bandyopadhyay博士说道。“通过与多个机构和研究联盟的合作，我们得以对人体的微观结构获得基础性的洞察。”

长期以来，科学家们一直认为，尽管大部分骨髓由血细胞组成，但一小部分非血细胞可能在儿童和成人骨髓疾病（如白血病、骨髓增生性疾病或骨髓衰竭综合征）中发挥重要作用。然而，在这项研究之前，此类研究一直受到与这些细胞的稀缺性和脆弱性相关的技术挑战的阻碍。

本文首次克服了这些局限性，利用单细胞RNA测序技术对成人骨髓进行了全面分析。该技术能够捕获数万个单个细胞的完整基因图谱，从而揭示构成器官的细胞类型的完整组成。

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

在这项研究中，科学家们重点关注了骨髓，它调节着血细胞发育和免疫的重要过程。他们鉴定出至少九种非造血细胞亚型，包括基质细胞、骨细胞和内皮细胞（血液细胞），其中至少三种此前未被描述过，它们能够产生重要的支持因子。研究人员创建了一个百科全书，涵盖了这些罕见的非血液细胞，它们产生的因子被认为对人类造血至关重要，这将有助于更好地理解未来研究中应该关注哪些细胞通讯。

他们的研究成果凸显了技术在当今生物分子研究中日益重要的作用。作者们利用一种名为CODEX的先进新技术，结合机器学习，创建了一个包含约80万个细胞的骨髓空间图谱。这种方法，加上对数千个细胞和结构的仔细人工注释，使他们能够确定健康骨髓具有非常独特的空间组织，并且脂肪细胞与造血细胞的关系比以往认为的更为密切。

“我们才刚刚开始了解其中的可能性，”Tan说道。“未来的研究可以以此为基础，加速骨髓研究，希望有一天这些数字化途径能够在急性白血病和其他骨髓疾病的治疗方面带来医学突破。”

该研究的另一位资深作者、佩雷尔曼医学院骨科教授凌青博士对此表示赞同，并相信这项研究将产生长期效果。

“当将这些技术应用于白血病患者的样本时，我们发现骨髓癌细胞部位存在间充质细胞（一种罕见的非血液细胞）的扩增，”Qing说。“这为未来的疾病治疗指明了一个可能的新方向。”