Atlas biomolekuler sumsum tulang memberikan wawasan unik tentang proses hematopoiesis

Para peneliti di Rumah Sakit Anak Philadelphia (CHOP) dan Perelman School of Medicine di University of Pennsylvania telah menciptakan atlas sumsum tulang baru yang canggih yang akan memberikan masyarakat paspor visual pertama dari jenisnya untuk spektrum hematopoiesis yang sehat dan yang sakit. Hasilnya dipublikasikan dalam jurnal Cell.

"Untuk pertama kalinya, kami akan memiliki kerangka kerja yang komprehensif untuk melihat ekspresi gen lengkap dan organisasi spasial sel sumsum tulang," kata penulis studi senior Kai Tan, PhD, profesor di Departemen Pediatri dan peneliti di Pusat Penelitian Kanker Anak di CHOP. "Meskipun makalah kami mendasar, kami membayangkan bahwa atlas tersebut akan digunakan untuk mengembangkan uji diagnostik baru, mengidentifikasi target baru untuk terapi CAR-T dan pendekatan terapeutik lainnya, serta menemukan biomarker spasial penyakit."

Meskipun inisiatif ini dipimpin oleh CHOP dan Penn, penelitian ini juga merupakan bagian dari proyek yang lebih besar yang disebut Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP). 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 perangkat komputasi generasi berikutnya yang akan menciptakan peta jaringan dasar dan atlas fungsi serta hubungan antara sel-sel dalam tubuh manusia.

“Penelitian sebesar ini hanya mungkin dilakukan melalui upaya tim yang monumental,” kata Showik Bandyopadhyay, PhD, penulis utama studi tersebut dan seorang dokter-ilmuwan yang sedang menjalani pelatihan di laboratorium Tan. “Melalui kerja sama lintas berbagai lembaga dan konsorsium penelitian, kami mampu memperoleh wawasan mendasar tentang blok penyusun mikroskopis tubuh manusia.”

Para ilmuwan telah lama berteori bahwa meskipun sebagian besar sumsum tulang terdiri dari sel-sel darah, sebagian kecil sel non-darah mungkin memainkan peran penting dalam penyakit sumsum tulang pada anak-anak dan orang dewasa seperti leukemia, gangguan mieloproliferatif, atau sindrom kegagalan sumsum tulang. Namun, hingga penelitian ini, penelitian tersebut terhambat oleh tantangan teknis yang terkait dengan kelangkaan dan kerapuhan sel-sel ini.

Makalah ini adalah yang pertama mengatasi keterbatasan ini dan secara komprehensif membuat profil sumsum tulang manusia dewasa menggunakan sekuensing RNA sel tunggal. Teknik ini memungkinkan untuk menangkap profil gen lengkap dari puluhan ribu sel individual, yang 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 tubuh. Mereka mengidentifikasi sedikitnya sembilan subtipe sel nonhematopoietik, termasuk sel stroma, sel tulang, dan sel endotel (darah), yang sedikitnya tiga di antaranya belum pernah dijelaskan sebelumnya, yang menghasilkan faktor pendukung penting. Para peneliti membuat ensiklopedia sel nondarah langka ini yang menghasilkan faktor yang dianggap penting bagi hematopoiesis manusia, yang akan membantu lebih memahami komunikasi seluler mana yang harus difokuskan dalam penelitian mendatang.

Hasil penelitian mereka menyoroti peran teknologi yang semakin penting dalam penelitian biomolekuler saat ini. Para penulis membuat peta spasial sumsum tulang, yang mencakup sekitar 800.000 sel, menggunakan teknik baru yang canggih yang disebut CODEX yang dikombinasikan dengan pembelajaran mesin. Pendekatan ini, bersama dengan anotasi manual yang cermat terhadap ribuan sel dan struktur, memungkinkan mereka untuk menentukan bahwa sumsum tulang yang sehat memiliki organisasi spasial yang sangat berbeda, dan bahwa sel-sel lemak lebih erat hubungannya dengan sel-sel hematopoietik daripada yang diperkirakan sebelumnya.

"Kami baru mulai memahami apa yang mungkin," kata Tan. "Studi di masa mendatang dapat mengembangkan karya kami, mempercepat penelitian sumsum tulang dengan harapan bahwa suatu hari nanti jalur digital ini akan menghasilkan terobosan medis dalam pengobatan leukemia akut dan penyakit sumsum tulang lainnya."

Ling Qing, PhD, penulis senior lainnya dari studi tersebut dan seorang profesor bedah ortopedi di Perelman School of Medicine, setuju dan percaya bahwa studi tersebut akan menghasilkan hasil jangka panjang.

"Ketika diterapkan pada sampel dari pasien leukemia, teknik ini mengungkap adanya perluasan sel mesenkimal, sejenis sel nondarah langka, di lokasi sel kanker di sumsum tulang," kata Qing. "Hal ini menunjukkan kemungkinan arah baru untuk pengobatan penyakit di masa mendatang."