64617 Ts Istock Newsalerts 800x560 1 M.jpg

BLas células sanguíneas deben reponerse continuamente y los adultos sanos pueden recuperar hasta cientos de miles de millones de nuevas células sanguíneas cada día a través de la hematopoyesis.1 Durante este proceso, las células madre hematopoyéticas (HSC) de la médula ósea producen progenitores que reponen el conjunto de células, formando glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas.

Dentro de la médula ósea, las HSC se agrupan con otras células y factores necesarios para la hematopoyesis adecuada y el mantenimiento de las HSC, formando microambientes o nichos heterogéneos. Comprender las propiedades de los diferentes. nichos hematopoyéticos es de gran interés porque las perturbaciones en la diferenciación de HSC, la autorrenovación o su disposición espacial puede provocar enfermedades, incluido el cáncer.2,3 Los estudios con modelos animales arrojan algo de luz sobre estos nichos, pero debido a que acceder al tejido de la médula ósea en humanos es invasivo y doloroso, hasta ahora se desconocía qué tan bien se aplicaban los datos animales a los humanos. sanjay patel, patólogo de Weill Cornell Medicine, dirigió un equipo de científicos que combinaron nuevas técnicas de análisis de imágenes basadas en tinción de tejidos, imágenes y inteligencia artificial (IA) para estudiar nichos de HSC humanos a niveles unicelulares y espaciales. Sus hallazgos, publicados recientemente en Sangreproporcionan una visión novedosa de la arquitectura de la médula ósea humana y abren la posibilidad de utilizar esta técnica de imágenes en otras muestras de tejido de biopsia.4

Itzel Valencia (izquierda), Caitlin Unkenholz (centro) y Sanjay Patel (derecha) formaron parte de un equipo de investigación de Weill Cornell Medicine que desarrolló un panel de tinción de inmunofluorescencia múltiple y un procedimiento de imágenes para portaobjetos de tejido de archivo de biopsia de médula ósea.

sanjay patel

Patel y su equipo aprovecharon muestras de archivo de médula ósea obtenidas con biopsias de los huesos de la cadera de los pacientes durante las pruebas clínicas. Estos trozos de tejido de uno a dos centímetros de largo se fijan e incrustan en bloques de cera antes de que los científicos apliquen rodajas finas en portaobjetos de microscopio para teñirlos y evaluarlos. Las muestras de biopsias antiguas se almacenan en instituciones y biobancos durante años después de su recolección, y han sido un recurso sin explotar porque era difícil teñir y analizar múltiples proteínas en secciones de tejido fijadas con formalina e incluidas en parafina. En lugar de dejar que acumularan polvo, Patel exploró la biología dentro de estos tejidos gracias a los avances tecnológicos. «Tuve lo que vi como una oportunidad única de fusionar el conocimiento del tejido hematológico, el conocimiento de las técnicas de biología espacial y luego capitalizar lo que es un área en rápida evolución del diagnóstico por imágenes basado en IA para fines médicos», dijo Patel.

Ver también «Interacciones de nicho bloquean las células leucémicas«

Para comprender los nichos de HSC en la médula ósea sana, el equipo de Patel analizó muestras de 29 individuos de diferentes edades cuyas biopsias no mostraron evidencia de enfermedad. Los investigadores primero tiñeron los tejidos con seis anticuerpos fluorescentes para marcar las proteínas inmunes y determinar los tipos de células constituyentes. Después de obtener imágenes de la totalidad de cada diapositiva, emplearon un programa de aprendizaje automático para analizar múltiples capas de información visual, identificando qué señales estaban presentes píxel por píxel. «Se les ocurrió este método de IA que les permite, de forma no subjetiva, analizar la posición de los tejidos y las células dentro de la médula ósea», dijo Sandra Pinhoinvestigador de epigenética y biología de células madre de la Universidad de Illinois en Chicago, que no participó en este estudio.

Gracias a la información espacial detallada que adquirieron, el equipo de Patel descubrió que las células madre y progenitoras humanas en la médula ósea habitaban principalmente regiones cercanas a los huesos y los vasos sanguíneos, lo que coincidía con estudios anteriores en animales. “Me sorprendió gratamente ver que nuestros descubrimientos iniciales en la médula ósea de ratón se reprodujeron en humanos”, dijo Pinho.

Debido a que utilizó muestras de biopsia de individuos de distintas edades, Patel visualizó cómo la médula ósea cambiaba a nivel de células individuales y arquitectura a medida que pasaba el tiempo. Al igual que en estudios anteriores con animales, el equipo de Patel descubrió que algunas células madre de la médula ósea humana también residían cerca de los megacariocitos, las células grandes que generan plaquetas. Sin embargo, el envejecimiento pareció cambiar tanto las características morfológicas de estas células como sus relaciones espaciales. Las muestras de individuos mayores tenían HSC más grandes y megacariocitos más pequeños en comparación con los más jóvenes, y megacariocitos más pequeños asociados con recuentos de plaquetas más bajos. Además, había menos HSC ubicadas cerca de los megacariocitos en personas mayores, lo que sugiere un cambio en el nicho de los megacariocitos a medida que las personas envejecen. «Quizás en las personas mayores, a través de estos cambios morfológicos y espaciales, esa relación sea menos prominente o menos activa», dijo Patel. «Hemos generado más preguntas que respuestas».

Ver también «La promesa de la transcriptómica espacial en la exploración de la enfermedad hepática crónica«

Ahora que tiene datos de muestras de médula ósea sana, el siguiente paso de Patel es analizar los cambios espaciales en el tejido enfermo, en particular las enfermedades de la médula ósea que implican perturbaciones genéticas del HSC, como el síndrome mielodisplásico crónico y la leucemia aguda. «La médula ósea es un crisol de diferentes enfermedades y patologías que pueden ocurrir», dijo Patel. «Ahora existe la oportunidad de utilizar este tipo de muestra y dejar volar su imaginación… Hay tantas cosas diferentes que se pueden estudiar de esta manera simplemente modificando los tipos de células de interés que se intentan interrogar».

Referencias

  1. FliednerTM, et al. Estructura y función de la hematopoyesis de la médula ósea: mecanismos de respuesta a la exposición a radiaciones ionizantes.. Cáncer Biother Radiopharm. 2002;17(4):405-426.
  2. Pinho S, Frenette PS. Actividad de las células madre hematopoyéticas e interacciones con el nicho.. Nat Rev Mol Cell Biol. 2019;20(5):303-320.
  3. Bauer M, et al. Composición espacial alterada del repertorio de células inmunitarias en asociación con blastos CD34+ en síndromes mielodisplásicos y leucemia mieloide aguda secundaria. Cánceres. 2021;13(2):186.
  4. Sarachakov A, et al. El mapeo espacial de la hematopoyesis humana con resolución unicelular revela la remodelación topográfica asociada al envejecimiento. Sangre. 2023;142(26):2282-2295.