นักวิจัยสร้างแผนที่การพัฒนาเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดมนุษย์

ทีมวิจัยที่นำโดยมหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย นักวิทยาศาสตร์ในลอสแองเจลิส ได้สร้างแผนที่การถอดรหัสเซลล์เดียวของเนื้อเยื่อเม็ดเลือดของมนุษย์ตั้งแต่ไตรมาสแรกจนถึงคลอด

เซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดหรือเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดมีความสามารถในการทำสำเนาตัวเองได้ไม่จำกัดและแยกความแตกต่างออกเป็นเซลล์เม็ดเลือดทุกชนิดในร่างกายมนุษย์

เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่แพทย์ได้ใช้สเต็มเซลล์เม็ดเลือดจากไขกระดูกของผู้บริจาคและสายสะดือของทารกแรกเกิดในการปลูกถ่ายเพื่อช่วยชีวิตสำหรับโรคเลือดและภูมิคุ้มกัน

อย่างไรก็ตาม การรักษาเหล่านี้ถูกจำกัดด้วยการขาดแคลนผู้บริจาคที่เข้าคู่กัน และขัดขวางโดยสเต็มเซลล์ในเลือดจากสายสะดือจำนวนน้อย

นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้โดยพยายามสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดในห้องปฏิบัติการจากเซลล์ต้นกำเนิดที่มีพลูริโพเทนต์ของมนุษย์ ซึ่งอาจก่อให้เกิดเซลล์ชนิดใดก็ได้ในร่างกาย

แต่ความสำเร็จนั้นยากเย็นแสนเข็ญ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะนักวิทยาศาสตร์ขาดคำแนะนำในการสร้างเซลล์ที่ปลูกในห้องปฏิบัติการให้แตกต่างจากเซลล์ต้นกำเนิดของเลือดที่สร้างใหม่ได้เอง แทนที่จะสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดที่มีอายุสั้น ซึ่งสามารถผลิตเซลล์เม็ดเลือดได้จำกัดเท่านั้น

Dr. Vincenzo Calvanese นักวิจัยจาก Department of Molecular, Cell and Developmental Biology and the Eli กล่าวว่า “ความพยายามครั้งก่อนในการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดที่ใช้งานได้ในห้องปฏิบัติการไม่ประสบผลสำเร็จ เนื่องจากเราไม่รู้เพียงพอเกี่ยวกับการพัฒนาเซลล์เหล่านี้ และ Edythe Broad Center for Regenerative Medicine และ Stem Cell Research ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส และห้องปฏิบัติการสำหรับ Molecular Cell Biology ที่ University College London

“แผนงานใหม่ของเราจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ เข้าใจความแตกต่างพื้นฐานระหว่างเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดและเซลล์ต้นกำเนิดที่มีอายุสั้น”

“ตอนนี้เรามีคู่มือเกี่ยวกับวิธีการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดในตัวอ่อนและวิธีที่พวกมันได้รับคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้พวกเขามีประโยชน์สำหรับผู้ป่วย”

Dr. Calvanese และเพื่อนร่วมงานของเขาได้สร้างทรัพยากรโดยใช้การจัดลำดับ RNA เซลล์เดียวและการถอดรหัสเชิงพื้นที่ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุเครือข่ายทางพันธุกรรมที่ไม่ซ้ำกันและหน้าที่ของเซลล์หลายพันเซลล์ และเพื่อเปิดเผยตำแหน่งของเซลล์เหล่านี้ในตัวอ่อน

ข้อมูลที่ไม่ระบุตัวตนนั้นเปิดเผยต่อสาธารณะบนเว็บไซต์ The Atlas of Human Hematopoietic Stem Cell Development

ข้อมูลดังกล่าวทำให้สามารถติดตามเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดได้ในขณะที่เซลล์ออกมาจากเยื่อบุผนังเซลล์สร้างเลือด (hemogenic endothelium) และอพยพผ่านตำแหน่งต่างๆ ในระหว่างการพัฒนา โดยเริ่มจากเส้นเลือดใหญ่และไปถึงไขกระดูกในที่สุด

ที่สำคัญ แผนที่ได้เปิดเผยเหตุการณ์สำคัญเฉพาะในกระบวนการเจริญเติบโตเต็มที่ รวมถึงการมาถึงตับ ซึ่งพวกเขาได้รับความสามารถพิเศษของสเต็มเซลล์ในเลือด

นักวิจัยยังได้ระบุสารตั้งต้นที่แน่นอนในผนังหลอดเลือดที่ก่อให้เกิดเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือด

การค้นพบนี้ชี้แจงข้อขัดแย้งที่มีมายาวนานเกี่ยวกับต้นกำเนิดเซลล์ต้นกำเนิดและสภาพแวดล้อมที่จำเป็นในการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดแทนที่จะเป็นเซลล์ต้นกำเนิดของเลือด

ตอนนี้ผู้เขียนได้ระบุลายเซ็นระดับโมเลกุลเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับระยะต่างๆ ของการพัฒนาเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดของมนุษย์แล้ว นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้แหล่งข้อมูลนี้เพื่อดูว่าพวกเขาอยู่ใกล้แค่ไหนในการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดที่ปลูกถ่ายได้ในห้องปฏิบัติการ

ศาสตราจารย์ Hanna Mikkola นักวิจัยจาก Department of Molecular, Cell กล่าวว่า “ก่อนหน้านี้ หากเราพยายามสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดจากเซลล์ pluripotent แต่เซลล์นั้นไม่ได้ปลูกถ่าย เราจะไม่รู้ว่ากระบวนการนี้ล้มเหลวตรงไหน” และชีววิทยาพัฒนาการและศูนย์ Eli and Edythe Broad สำหรับเวชศาสตร์ฟื้นฟูและการวิจัยเซลล์ต้นกำเนิดจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส

“ตอนนี้ เราสามารถวางเซลล์ในแผนงานของเราเพื่อดูว่าเราประสบความสำเร็จที่ใด ตำแหน่งใดที่ขาดหายไป และปรับแต่งกระบวนการสร้างความแตกต่างตามคำแนะนำจากตัวอ่อน”

นอกจากนี้ แผนที่ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าเซลล์ที่สร้างเม็ดเลือดที่พัฒนาในตัวอ่อนมีส่วนทำให้เกิดโรคในมนุษย์ได้อย่างไร

ตัวอย่างเช่น เป็นพื้นฐานในการศึกษาว่าเหตุใดมะเร็งในเลือดบางชนิดที่เริ่มในครรภ์จึงมีความก้าวร้าวมากกว่ามะเร็งที่เกิดขึ้นหลังคลอด

“ตอนนี้เราได้สร้างแหล่งข้อมูลออนไลน์ที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกสามารถใช้เพื่อเป็นแนวทางในการวิจัยของพวกเขา งานที่แท้จริงกำลังเริ่มต้นขึ้น” ศาสตราจารย์มิกโกลากล่าว

“มันเป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นจริงๆ ที่ได้อยู่ในภาคสนาม เพราะในที่สุดเราก็จะได้เห็นผลงานของเรา”

แผนที่ที่ครอบคลุมครั้งแรกของต้นกำเนิดเลือดมนุษย์

ทีมวิจัยที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์ของ UCL และ UCLA รายงานว่า แผนงานแรกที่ไม่เหมือนใครจะติดตามแต่ละขั้นตอนในการพัฒนาเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดในตัวอ่อนของมนุษย์ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้พิมพ์เขียวในการผลิตเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ในห้องแล็บ

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวันนี้ใน Nature สามารถช่วยขยายทางเลือกในการรักษาโรคมะเร็งเม็ดเลือด เช่น มะเร็งเม็ดเลือดขาว และความผิดปกติของเลือดที่สืบทอด เช่น โรคเคียว

เซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดหรือที่เรียกว่าเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดมีความสามารถในการทำสำเนาตัวเองได้ไม่จำกัดและแยกความแตกต่างออกเป็นเซลล์เม็ดเลือดทุกชนิดในร่างกายมนุษย์ เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่แพทย์ได้ใช้สเต็มเซลล์เม็ดเลือดจากไขกระดูกของผู้บริจาคและสายสะดือของทารกแรกเกิดในการปลูกถ่ายเพื่อช่วยชีวิตสำหรับโรคเลือดและภูมิคุ้มกัน อย่างไรก็ตาม การรักษาเหล่านี้ถูกจำกัดด้วยการขาดแคลนผู้บริจาคที่เข้าคู่กัน และขัดขวางโดยสเต็มเซลล์ในเลือดจากสายสะดือจำนวนน้อย

นักวิจัยพยายามที่จะเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้โดยพยายามสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดในห้องปฏิบัติการจากเซลล์ต้นกำเนิดที่มีพลูริโพเทนต์ของมนุษย์ ซึ่งอาจก่อให้เกิดเซลล์ชนิดใดก็ได้ในร่างกาย แต่ความสำเร็จนั้นยากเย็นแสนเข็ญ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะนักวิทยาศาสตร์ขาดคำแนะนำในการสร้างเซลล์ที่ปลูกในห้องปฏิบัติการให้แตกต่างจากเซลล์ต้นกำเนิดของเลือดที่สร้างใหม่ได้เอง แทนที่จะสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดที่มีอายุสั้น ซึ่งสามารถผลิตเซลล์เม็ดเลือดได้จำกัดเท่านั้น

ผู้เขียนร่วมของการวิจัย Dr Vincenzo Calvanese (UCL Laboratory for Molecular Cell Biology) ซึ่งเริ่มการวิจัยที่ UCLA ก่อนที่จะย้ายไปที่ UCL และทำการวิเคราะห์เสร็จสิ้นกล่าวว่า “ความพยายามก่อนหน้านี้ในการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดที่ใช้งานได้ในห้องปฏิบัติการมี ไม่ประสบความสำเร็จเพราะเราไม่รู้เพียงพอเกี่ยวกับการพัฒนาเซลล์เหล่านี้ แผนงานใหม่ของเราจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ เข้าใจความแตกต่างพื้นฐานระหว่างเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดและเซลล์ต้นกำเนิดที่มีอายุสั้น

“ตอนนี้เรามีคู่มือเกี่ยวกับวิธีการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดในตัวอ่อนและวิธีที่พวกมันได้รับคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้พวกเขามีประโยชน์สำหรับผู้ป่วย”

ทีมวิจัยซึ่งรวมถึงนักวิทยาศาสตร์จาก University of Tübingen ของเยอรมนีและสถาบันวิจัยเด็ก Murdoch ของออสเตรเลียด้วย ได้สร้างทรัพยากรโดยใช้การจัดลำดับ RNA เซลล์เดียวและการถอดรหัสเชิงพื้นที่ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุเครือข่ายทางพันธุกรรมและหน้าที่ของแต่ละบุคคลได้หลายพันคน เซลล์และเพื่อเปิดเผยตำแหน่งของเซลล์เหล่านี้ในตัวอ่อน

ข้อมูลที่ไม่ระบุตัวตนนั้นเปิดเผยต่อสาธารณะบนเว็บไซต์ The Atlas of Human Hematopoietic Stem Cell Development

ข้อมูลดังกล่าวทำให้สามารถติดตามเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดได้ในขณะที่เซลล์ออกมาจากเยื่อบุผนังเซลล์สร้างเลือด (hemogenic endothelium) และอพยพผ่านตำแหน่งต่างๆ ในระหว่างการพัฒนา โดยเริ่มจากเส้นเลือดใหญ่และไปถึงไขกระดูกในที่สุด ที่สำคัญ แผนที่ได้เปิดเผยเหตุการณ์สำคัญเฉพาะในกระบวนการเจริญเติบโตเต็มที่ รวมถึงการมาถึงตับ ซึ่งพวกเขาได้รับความสามารถพิเศษของสเต็มเซลล์ในเลือด นักวิจัยอธิบายว่าสเต็มเซลล์ของเลือดที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะจะต้องเคลื่อนที่ผ่านสถานที่ต่างๆ เพื่อเรียนรู้วิธีทำหน้าที่เป็นสเต็มเซลล์ของเลือด

กลุ่มวิจัยยังได้ระบุสารตั้งต้นที่แน่นอนในผนังหลอดเลือดที่ก่อให้เกิดเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือด การค้นพบนี้ชี้แจงข้อขัดแย้งที่มีมายาวนานเกี่ยวกับต้นกำเนิดเซลล์ต้นกำเนิดและสภาพแวดล้อมที่จำเป็นในการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากเลือดแทนที่จะเป็นเซลล์ต้นกำเนิดของเลือด

ขณะนี้นักวิจัยได้ระบุลายเซ็นระดับโมเลกุลเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับระยะต่างๆ ของการพัฒนาเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดของมนุษย์แล้ว นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้แหล่งข้อมูลนี้เพื่อดูว่าพวกเขาอยู่ใกล้กับการสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดที่ปลูกถ่ายได้ในห้องปฏิบัติการเพียงใด

ศาสตราจารย์ Hanna Mikkola หัวหน้าทีมวิจัย (Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research ที่ UCLA) กล่าวว่า “ก่อนหน้านี้ หากเราพยายามสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดจากเซลล์ที่มีพลูริโพเทนต์แต่เซลล์ไม่ปลูกถ่าย เราก็จะไม่ทำแบบนั้น รู้ว่าเราล้มเหลวในกระบวนการใด

“ตอนนี้ เราสามารถวางเซลล์ในแผนงานของเราเพื่อดูว่าเราประสบความสำเร็จที่ใด ตำแหน่งใดที่ขาดหายไป และปรับแต่งกระบวนการสร้างความแตกต่างตามคำแนะนำจากตัวอ่อน”

นอกจากนี้ แผนที่ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าเซลล์ที่สร้างเม็ดเลือดที่พัฒนาในตัวอ่อนมีส่วนทำให้เกิดโรคในมนุษย์ได้อย่างไร ตัวอย่างเช่น เป็นพื้นฐานในการศึกษาว่าเหตุใดมะเร็งในเลือดบางชนิดที่เริ่มในครรภ์จึงมีความก้าวร้าวมากกว่ามะเร็งที่เกิดขึ้นหลังคลอด

ศาสตราจารย์ Mikkola กล่าวเสริมว่า “ตอนนี้เราได้สร้างแหล่งข้อมูลออนไลน์ที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกสามารถใช้เพื่อเป็นแนวทางในการวิจัยของพวกเขา งานที่แท้จริงก็เริ่มขึ้น เป็นเวลาที่น่าตื่นเต้นจริงๆ ที่ได้อยู่ในภาคสนาม เพราะในที่สุดเราก็จะได้เห็นผลงานของพวกเรา”

การวิจัยได้รับการสนับสนุนจากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ, มูลนิธิศูนย์มะเร็ง UCLA Jonsson, โรงเรียนแพทย์ David Geffen ที่ UCLA, สภาวิจัยแห่งสวีเดน, องค์กร European Molecular Biology, มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสวิสและ UCLA Broad Stem Cell Research ศูนย์ (รวมถึงการสนับสนุนจากมูลนิธิโรสฮิลส์และโครงการฝึกอบรมของศูนย์)

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ cornerstoneumcwat.com