Un pas major către producția sigură de celule stem hematopoietice pentru medicină regenerativă

O echipă de cercetători de la Institutul de Cercetare în Leucemie Josep Carreras și Institutul de Cercetare Hospital del Mar din Barcelona a realizat un progres important în medicina regenerativă. Sub conducerea dr. Anna Bigas, echipa a reușit să transforme celule stem embrionare de șoarece în precursori hematopoietici funcționali, capabili să regenereze complet sistemul hematopoietic al unui organism adult. Studiul a fost publicat recent în revista Blood, jurnalul oficial al American Society of Hematology.
Celulele stem hematopoietice (CSH) au capacitatea unică de a genera toate tipurile de celule sanguine (eritrocite, leucocite, trombocite) și de a menține pe termen lung sistemul hematologic. Acestea sunt esențiale pentru terapiile curente în leucemii și alte boli hematologice, dar producerea lor în laborator rămâne una dintre cele mai mari provocări ale biomedicinei moderne. Până în prezent, nu există o metodă robustă și reproductibilă pentru generarea CSH autentice din celule stem pluripotente.

Transplantul medular se bazează încă pe identificarea unui donator compatibil, un proces adesea anevoios. Astfel, obținerea de CSH în vitro ar putea elimina nevoia de donatori și ar inaugura o nouă eră în tratamentele personalizate pentru bolile hematologice.

Despre studiu

Pentru a depăși această limitare, cercetătorii au folosit o abordare inovatoare: screening genomic funcțional cu sistem CRISPR activator pe celule stem embrionare de șoarece (mESC) aflate în stadiu de diferențiere mezodermal – etapa crucială din care derivă celulele hematopoietice.

Etapele-cheie ale studiului:

• A fost realizat un screening genomic la scară largă, activând mii de gene pentru a identifica acele gene capabile să determine diferențierea către linia hematopoietică.
• După analiză, au fost izolate șapte gene esențiale: Spata2, Aass, Dctd, Eif4enif1, Guca1a, Eya2 și Net1.
• Activarea combinată a acestor șapte gene în celulele stem a permis obținerea de precursori hematopoietici capabili de engraftare serială și de generare de toate liniile celulare sanguine în șoareci adulți imunodeficienți (NSG).
• Rezultatele au fost validate prin transplant primar și secundar și prin secvențiere ARN la nivel unicelular.

Rezultate

Identificarea genelor cheie prin CRISPR activator

Utilizând tehnologia CRISPRa, cercetătorii au activat selectiv gene endogene în timpul diferențierii mezodermale. Acest screening a condus la identificarea unui cocktail de șapte gene care, activate într-un moment precis, au fost suficiente pentru inducerea programului hematopoietic.

Generarea de HSPC funcționale

După activarea celor șapte gene, celulele stem diferențiate au prezentat:

• capacitate de repopulare pe termen lung a măduvei osoase;
• generarea de toate liniile hematopoietice majore, inclusiv celule T, B, eritrocite și mieloide;
• autorenovare dovedită prin succesul transplantului secundar.

Analiză transcriptomică unicelulară

Prin secvențiere RNA la nivel de celulă unică, s-a demonstrat că activarea celor șapte gene:

• favorizează dezvoltarea intraembrionară a celulelor, spre deosebire de derivația extraembrionară obișnuită în culturi;
• crește semnificativ numărul de precursori mezodermali competenți pentru generarea de CSH.

Validare funcțională in vivo

Precursorii hematopoietici generați au fost transplantați în șoareci imunodeficienți (NSG), unde:

• au susținut hematopoieza pe termen lung;
• au demonstrat capacitate de repopulare multilinie;
• au fost capabili de engraftare secundară, criteriu definitoriu pentru CSH autentice.

Implicații pentru medicina regenerativă

Acest studiu reprezintă o dovadă de concept pentru proiectul Making Blood, coordonat de echipa dr. Bigas și finanțat printr-un grant de tip ERC Synergy. Proiectul urmărește să dezvolte o platformă tehnologică pentru producția standardizată de CSH umane, disponibilă la cerere („gata de folosinţă”).

Dr. Bigas subliniază că genele identificate sunt conservate evolutiv și prezente și în genomul uman, ceea ce oferă o bază solidă pentru translația acestui model la oameni.

Dacă aceste rezultate vor fi replicate cu succes în celule umane, transplanturile hematopoietice ar putea deveni independente de donatori, oferind o sursă sigură și personalizabilă de celule stem hematopoietice pentru pacienții cu leucemii sau alte boli ale sângelui.

Concluzii

Prin identificarea unui set de șapte gene esențiale și demonstrarea funcționalității lor în reprogramarea celulelor stem în CSH autentice, acest studiu deschide noi direcții în medicina regenerativă. Pe lângă importanța sa științifică fundamentală, cercetarea oferă o platformă concretă pentru dezvoltarea viitoare a terapiei celulare în hematologie, cu potențial de a redefini standardele terapeutice pentru numeroase patologii hematologice severe.