O echipă de specialişti americani, de la Clinica medicală Weill Cornell, a cartografiat locaţia şi caracteristicile spaţiale ale celulelor hematopoietice din măduva osoasă umană. Reuşita confirmă ipotezele privind anatomia acestui ţesut şi oferă un nou mijloc de a studia bolile, de la afecţiuni necanceroase, cum ar fi anemia cu celule seceră, la afecţiuni maligne, precum leucemia acută, care afectează măduva osoasă.
Pentru cercetarea descrisă recent în revista Blood, echipa de la Cornell a recuperat mostre de arhivă de măduvă osoasă, provenind de la 29 de pacienţi de la NewYork-Presbyterian şi Centrul medical Weill Cornell, generând o cantitate mare de date despre relaţiile spaţiale dintre conţinutul acestora.
Crearea imaginilor măduvei osoase este dificilă, potrivit autorului principal, dr. Sanjay Patel, director al Laboratorului de imagistică multiparametrică in situ (MISI) din cadrul departamentului de patologie şi medicină de laborator, la Weill Cornell Medicine.
Laboratorul său a depăşit aceste provocări prin conceperea unei metode de vizualizare a unor bucăţi întregi de ţesut, pe care le-au analizat apoi cu ajutorul inteligenţei artificiale (AI).
„Am reuşit să aplicăm abordarea noastră la eşantioanele de arhivă într-un mod care nu a fost posibil până acum", a declarat dr. Patel, care este şi hemato-patolog la NewYork-Presbyterian/Weill Cornell Medical Center şi profesor asistent de patologie şi medicină de laborator la Cornell.
El a precizat că s-a reuşit identificarea şi determinarea poziţiilor a aproximativ 1,5 milioane de celule în total.
Vizualizarea locului unde ia naştere sângele
Celulele noastre sanguine îşi încep activitatea în măduva osoasă, unde celulele stem produc progenitorii care, la rândul lor, generează globulele roşii şi albe, precum şi fragmentele care sigilează rănile, cunoscute sub numele de trombocite.
Erorile din aceste procese pot da naştere unor boli dobândite, inclusiv cancere, precum leucemia, limfomul şi mielomul multiplu, precum şi celor, cum ar fi anemia celulelor seceră, prezente încă de la naştere.
Până acum, studierea naşterii celulelor sanguine în mediul lor nativ din ţesuturile umane s-a dovedit a fi o provocare.
Mai mult, atunci când se colectează probe de măduvă osoasă, tehnica de conservare poate degrada unii acizi nucleici şi proteine din celulele pe care le conţin.
Şi, pentru a evita erorile, cercetătorii trebuie să captureze imagini ale unei întregi bucăţi de ţesut, generând o cantitate impresionantă de date.
Echipa dr. Patel a venit cu o serie de soluţii. Cercetătorii au început prin a aduna mostre din arhiva de ţesuturi din cadrul Departamentului de patologie şi medicină de laborator de la Weill Cornell Medicine.
Aceste bucăţi de ţesut cu o lungime de unu până la doi centimetri au provenit de la pacienţi care au fost supuşi unor biopsii, şi care s-au dovedit a nu avea boli.
Cercetătorii din laboratorul MISI au testat o varietate de proteine imune cunoscute sub numele de anticorpi, selectând dintr-un catalog de markeri verificaţi temeinic şi utilizaţi în diagnosticele clinice de rutină, pentru a vedea care dintre ei marchează cel mai eficient conţinutul măduvei osoase pentru a-l face vizibil cu instrumentele lor de imagistică bazate pe fluorescenţă.
Colaboratorii lor de la BostonGene Corporation, o companie de bioinformatică medicală, au folosit apoi inteligenţa artificială pentru a analiza imaginile rezultate, identificând celulele individuale, cum ar fi celulele stem şi megakariocitele producătoare de trombocite, precum şi osul, grăsimea şi vasele de sânge.
Această tehnologie a permis echipei să reunească o cantitate de informaţii, altfel imposibil de gestionat, într-o analiză sofisticată, potrivit dr. Patel.
Un nou mod de a investiga bolile
Studii anterioare au sugerat că, în timpul dezvoltării normale a celulelor sanguine, celulele stem şi progenitoare locuiesc în anumite locaţii, în apropierea oaselor şi a vaselor de sânge, unde celulele din jur creează medii propice pentru funcţionarea lor normală.
Mai recent, unele cercetări au sugerat că aceste celule se adună, de asemenea, în jurul megacariocitelor, celule mari care dau naştere la trombocite.
Analiza echipei a confirmat aceste modele, inclusiv pentru megacariocite, în probele umane. Cu toate acestea, atunci când au luat în considerare vârsta pacienţilor, au constatat că celulele nu mai erau atât de strâns asociate cu megacariocitele, care, de asemenea, tindeau să fie mai mici la pacienţii mai în vârstă.
În timp ce aceste descoperiri contribuie la înţelegerea măduvei osoase normale, dr. Patel vede cel mai mare potenţial al noii metode în investigarea bolilor, în special pe parcursul evoluţiei acestora.
Pentru câteva afecţiuni, cum ar fi leucemia mieloidă acută, cercetătorii au deja dovezi că aranjamentul spaţial al celulelor stem şi progenitoare poate fi perturbat.
Această nouă metodă ar putea deschide calea unor studii care să exploreze în mod specific astfel de modificări în cazul testării unor noi tratamente sau a evaluării celor existente, potrivit dr. Patel.
Imagine: Imunofluorescenţă multiplă a unui ţesut de biopsie normală a unui miez de măduvă osoasă de la o persoană adolescentă. Sunt reprezentate globulele roşii în curs de maturitate (roşu), neutrofilele şi monocitele (cyan) şi megacariocitele (galben). Credit: Laboratorul dr. Sanjay Patel
