骨髄の生体分子アトラスは造血過程へのユニークな洞察を提供する

フィラデルフィア小児病院（CHOP）とペンシルベニア大学ペレルマン医学大学院の研究者らは、骨髄アトラスを新たに作成しました。これは、健常な造血と疾患のある造血のスペクトルを視覚的に確認できる、初めてのパスポートとなります。この研究成果はCell誌に掲載されています。

「骨髄細胞の遺伝子発現と空間的構造を完全に観察できる包括的な枠組みが初めて得られることになります」と、CHOP小児科教授であり、小児がん研究センターの研究員でもある本研究の主任著者であるカイ・タン博士は述べています。「この論文は基礎研究ですが、このアトラスが新たな診断検査の開発、CAR-T療法やその他の治療法の新たな標的の特定、そして疾患の空間的バイオマーカーの発見に活用されることを期待しています。」

この取り組みはCHOPとペンシルベニア大学が主導していますが、この研究は「ヒト生体分子アトラスプログラム（HuBMAP）」と呼ばれるより大規模なプロジェクトの一部でもあります。HuBMAPコンソーシアムは、14州と4カ国の大学に所属する42の研究グループで構成されています。研究者たちは、人体における細胞間の機能と関係性に関する基本的な組織マップとアトラスを作成するための次世代の分子解析技術と計算ツールの開発に協力しています。

「これほど大規模な研究は、途方もないチームの努力によってのみ可能になりました」と、本研究の筆頭著者であり、タン研究室で研修中の医師科学者であるショーイク・バンディオパディアイ博士は述べています。「複数の機関や研究コンソーシアムとの連携を通じて、人体の微細な構成要素に関する根本的な知見を得ることができました。」

骨髄の大部分は血液細胞で構成されているものの、少量の非血液細胞が小児および成人の骨髄疾患（白血病、骨髄増殖性疾患、骨髄不全症候群など）において重要な役割を果たしている可能性があると、科学者たちは長年仮説を立ててきました。しかし、本研究まで、これらの細胞の希少性と脆弱性に関連する技術的な課題によって、このような研究は妨げられてきました。

本論文は、これらの限界を克服し、シングルセルRNAシーケンシングを用いて成人ヒト骨髄の包括的なプロファイリングを行った初めての論文です。この技術により、数万個の個々の細胞の完全な遺伝子プロファイルを取得し、臓器を構成する細胞種の完全な構成を明らかにすることができます。

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

本研究では、血液細胞の発達と免疫における重要なプロセスを制御する骨髄に焦点を当てました。研究者らは、間質細胞、骨細胞、内皮細胞（血液細胞）など、少なくとも9種類の非造血細胞サブタイプを特定し、これらの細胞が重要な支持因子を産生することを明らかにしました。そのうち少なくとも3種類はこれまで報告されていませんでした。研究者らは、ヒトの造血に重要と考えられる因子を産生するこれらの希少な非血液細胞の百科事典を作成しました。これは、今後の研究においてどの細胞間コミュニケーションに焦点を当てるべきかをより深く理解するのに役立つでしょう。

彼らの研究結果は、今日の生体分子研究においてテクノロジーがますます重要な役割を担っていることを浮き彫りにしています。著者らは、CODEXと呼ばれる高度な新技術と機械学習を組み合わせ、約80万個の細胞を含む骨髄の空間アトラスを作成しました。このアプローチと、数千個の細胞と構造を手作業で注意深くアノテーションすることで、健康な骨髄は非常に独特な空間構造を持ち、脂肪細胞はこれまで考えられていたよりも造血細胞と密接に関連していることを突き止めました。

「私たちは、何が可能なのかを理解し始めたばかりです」とタン氏は述べた。「今後の研究は私たちの研究を基に進められ、骨髄研究を加速させ、将来的にはこれらのデジタル経路が急性白血病やその他の骨髄疾患の治療における画期的な進歩につながることを期待しています。」

この研究のもう一人の上級著者であり、ペレルマン医学大学院の整形外科教授であるリン・チン博士もこれに同意し、この研究は長期的な成果をもたらすだろうと信じている。

「これらの技術を白血病患者のサンプルに適用すると、骨髄中のがん細胞が増殖している部位で、稀な非血液細胞の一種である間葉系細胞が増殖していることが明らかになりました」とQing氏は述べた。「これは、将来の疾患治療の新たな方向性を示すものです。」