迄今为止最详细的人类血液干细胞图谱可以指导未来的白血病治疗

从一个细胞到成熟的血液系统,这其中经历了怎样的变化和分化过程?一支由辛辛那提儿童医院专家领导的国际科研团队,通过创新运用博弈论和机器学习技术,绘制出迄今最详尽的人体造血干细胞和祖细胞”图谱”,有望为白血病等血液疾病的诊疗带来全新突破。

血液的奥秘:从干细胞到成熟血细胞

人体内有着一个复杂精密的造血系统,从造血干细胞开始,经过多重分化,最终形成红细胞、白细胞等各类血液细胞,维系生命。然而,这个过程由于涉及大量细胞类型和分化阶段,一直没有被完整揭示。

通过分析超过30万个来自不同种族和性别供体的骨髓细胞,运用先进的单细胞测序、流式细胞术等技术,科研人员最终鉴定出80多个不同的造血干细胞和祖细胞亚群,描绘出从最原始干细胞到各类终末分化细胞的完整”路线图”。

创新突破:集成多学科新技术

要完成这项大规模细胞分析,光靠传统手段无法完成。这个复杂的研究项目涉及使用多种先进的基因组研究工具和计算方法，为从不同种族和性别的不同捐赠者中收集的超过 300,000 个骨髓细胞建立详细的基因组和蛋白质组图谱。研究团队创新地运用了机器学习算法和博弈论等数理工具进行大数据分析,并开发了新的软件工具scTriangulate和pyIninityFlow等。

除了系统整合单细胞测序和流式数据,他们还首次开发出一种132种抗体”鸡尾酒”,可精确识别干祖细胞及相关细胞的表面标记物,显著提高了分析灵敏度。通过结合基因表达和表面蛋白数据,鉴定出89个新的干/祖细胞群落及其分化轨迹。分离新细胞群的策略和标记。首先，两个新的表面标记物 C5L2 和 TSPAN33 用于识别细胞进入祖细胞状态和成为成熟中性粒细胞之间的过渡状态。其次，人类红细胞形成的不同阶段，称为具有 CD326 和 CD235a 的成红细胞。新的在线计算工具可预测急性髓系白血病 (AML) 等癌症的细胞起源和可能原因。

对肿瘤干细胞”了如指掌”

最重要的是,新的干细胞图谱首次让科研人员对参与血液病发生的祖细胞及肿瘤干细胞有了前所未有的清晰认识。以急性髓系白血病(AML)为例,全新的计算工具能帮助预测癌症起源细胞类型,协助临床开发个性化治疗策略。

研究发现,AML可能源于”原始型”或”单核型”肿瘤干细胞,对不同药物有不同的敏感性。有了细胞谱系图,医生能更精准评估患者的肿瘤干细胞类型,为下一步改变治疗做好准备。此外,还初步鉴定出69种可能的AML生物标志物,未来可用于疾病监测。

前景广阔 便利研究共享

研究的通讯作者认为,这一全新的细胞地形图开启了探索血液系统调控和疾病机制的大门。未来,更多血液病的关键分子和细胞因素有望被发现和解析。

为促进后续研究,科研团队已向业界开放了这一海量数据集和软件工具。辛那提儿童医院所长格莱姆斯士表示,虽然初步图谱是个重大突破,但要真正应用于临床诊疗,还需要更多深入研究和开发。而以包容性和多样性为己任的团队,定将为血液疾病的攻关贡献更多力量。获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com

这项开创性工作为阐明血液系统形成的分子基础和病理机制绘就了广阔的前景,也为致力于精准医学的生物科技领域带来新的曙光。

新的数字骨髓图谱将加速发现更多血液疾病的细胞和分子调节因子。为了支持这些努力，研究团队正在向研究界广泛提供其数据和工具。

详细信息发表于 2024 年 3 月 21 日的《自然免疫学》杂志上。完整的详细信息和对这一先进数字资源的访问，包括数据查看器、方法、原始数据和代码，可在 https://altanalyze.org/MarrowAtlas/ 上获取。