W pracy, która usprawni badania nad tak odmiennymi chorobami jak udar mózgu i demencja, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco skatalogowali wszystkie komórki tworzące naczynia krwionośne ludzkiego mózgu, wraz z ich lokalizacją i transkrybowanymi w ich obrębie genami.
Atlas charakteryzuje ponad 40 nieznanych wcześniej typów komórek, w tym populację komórek odpornościowych, których komunikacja z komórkami śródbłonka naczyniowego w mózgu przyczynia się do krwawienia w udarze krwotocznym. Ta niszczycielska forma udaru stanowi 10-15 procent wszystkich udarów w Stanach Zjednoczonych, głównie u osób młodszych. Około połowa udarów krwotocznych jest śmiertelna.
Odkrycia staną się podstawą dla nowych badań nad naczyniami mózgowymi oraz nowymi terapiami.
Zespół analizował komórki w malformacjach tętniczo-żylnych (AVM) oraz plątaninach słabo uformowanych tętnic w mózgu, które są często źródłem udaru krwotocznego. Obraz porównywano z próbkami normalnych naczyń mózgowych od pięciu ochotników, którzy przeszli operację mózgu z powodu padaczki.
Niektóre z 44 próbek tkanki AVM, pobranych podczas operacji, zostały usunięte z mózgu pacjenta, gdy był on jeszcze nienaruszony, a inne próbki zostały usunięte dopiero, gdy zaczęły krwawić. Trzy odmiany tkanki: prawidłowa, nienaruszone AVM i AVM, które krwawiły pozwoliły badaczom uzyskać pełniejszy obraz różnic między funkcjonowaniem komórek w normalnych warunkach i w różnych stanach chorobowych.
We współpracy z Centrum Badań Mózgowo-Naczyniowych zespół użył sekwencjonowania mRNA pojedynczych komórek, aby określić, które geny ulegały ekspresji w różnych próbkach i dopasować ekspresję genów do lokalizacji komórki. Następnie porównywano ekspresję tych genów w komórkach prawidłowych i patologicznych.
Wyniki badań ujawniły nie tylko różnorodność nowych typów komórek, ale także populację komórek odpornościowych, które wydają się komunikować z komórkami mięśni gładkich w chorych tętnicach i osłabiać je, co prowadzi do udaru. Naukowcy podejrzewali, że układ odpornościowy jest aktywowany przez malformacje takie jak AVM. Ale bez tego badania nie byli w stanie wskazać tej bardzo specyficznej populacji komórek we krwi, które mogą być kluczowymi czynnikami postępu choroby.
Identyfikacja tych specyficznych komórek odpornościowych całkowicie zmienia sposób, w jaki badacze mogą myśleć o leczeniu tego rodzaju chorób naczyniowych. Jeśli komórki krążą we krwi, możliwe jest zmniejszenie ryzyka udaru mózgu poprzez modulację układu odpornościowego. Otwiera to olbrzymi potencjał terapeutyczny, nie tylko w odniesieniu do udaru mózgu, ale również demencji.
Badania zespołu przyczyniają się do powstania Human Cell Atlas, międzynarodowego przedsięwzięcia, mającego na celu stworzenie map referencyjnych komórek dla całego ciała. Badacze określają go jako układ okresowy typów komórek. Podobnie jak chemiczny układ okresowy organizuje pierwiastki w strukturę, która pozwala chemikom na rysowanie relacji między nimi w oparciu o to, gdzie pojawiają się w tabeli, atlasy komórek ludzkich ujawniają lokalizację komórek w organizmie i wynikające z tego interakcje między nimi.
Chociaż na całym świecie opracowuje się atlasy dla różnych narządów i tkanek, wiele z nich mapuje jedynie położenie geograficzne komórek. Porównanie prawidłowych i patologicznych komórek w tym badaniu, przenosi je na wyższy poziom, dostarczając niezwykle istotnych wskazówek dla rozwoju potencjalnych terapii. Mając układ okresowy jako punkt odniesienia, możliwe jest przewidywanie, które komórki mogą się „psuć” w chorobie i bardzo precyzyjnie ukierunkować na te komórki terapię.
Źródło:
Na podstawie: Winkler, E. A., et al. (2022) A single-cell atlas of the normal and malformed human brain vasculature. Science. doi.org/10.1126/science.abi7377.