Come i genealogisti che riempiono le lacune in un albero genealogico, Gli scienziati del St. Jude Children's Research Hospital hanno determinato che la produzione di sangue per tutta la vita dipende da centinaia di cellule "antenate" in più rispetto a quanto riportato in precedenza. Lo studio si è concentrato sulle origini prenatali delle cellule staminali che formano il sangue ed è apparso oggi come una pubblicazione online anticipata sulla rivista Biologia cellulare naturale .

Le cellule staminali emopoietiche o emopoietiche sono responsabili della produzione di sangue per tutta la vita. Le cellule hanno la capacità di produrre qualsiasi tipo di cellula del sangue nel corpo. Le cellule staminali ematopoietiche vengono utilizzate terapeuticamente per ripristinare la produzione di sangue e l'immunità nei pazienti sottoposti a trapianto di midollo osseo per il trattamento del cancro e di altre malattie. Comprendere come il sistema sanguigno emerge durante lo sviluppo prenatale fornisce informazioni sulle origini della leucemia infantile e di altre malattie del sangue che si verificano nei primi anni di vita.v

Altri ricercatori che utilizzavano metodi diversi avevano collegato la produzione di sangue dei mammiferi per tutta la vita a solo una manciata di cellule precursori o "antenate" che emergono durante lo sviluppo prenatale. In questo studio, I ricercatori di St. Jude hanno utilizzato un sistema di etichettatura cellulare con codice colore e modelli matematici per dimostrare che nei topi, le cellule staminali che formano il sangue derivano da circa 500 cellule precursori anziché da meno di 10. Mentre lo sviluppo del sistema sanguigno è lo stesso nei topi e negli esseri umani, il numero di cellule precursori nell'uomo è probabilmente almeno 10 volte maggiore.

"Tutti gli studi precedenti avevano riportato che pochissime cellule precursori sono coinvolte nella creazione del sistema sanguigno, " ha detto l'autore corrispondente Shannon McKinney-Freeman, dottorato di ricerca, un membro assistente del dipartimento di ematologia di St. Jude. "Ma i dati di questo studio mostrano che in realtà sono coinvolte centinaia di cellule e che il sistema sanguigno in via di sviluppo è più complesso e può essere in parte modellato da colli di bottiglia normativi che si verificano in ritardo nello sviluppo e servono a limitare il numero di cellule staminali che formano il sangue. "

I risultati hanno anche implicazioni cliniche. "Capire come emerge il sistema sanguigno, compreso il numero e la complessità delle cellule progenitrici coinvolte, ci aiuterà a svelare le origini della malattia e identificare le cellule che potrebbero essere suscettibili alle mutazioni che causano la malattia, " lei disse.

Le cellule staminali ematopoietiche si formano da cellule precursori che emergono durante le diverse fasi dello sviluppo prenatale. Mentre lo sviluppo continua, le cellule si specializzano e diventano il cuore, reni, sangue e altri organi.

La ricerca precedente ha monitorato l'emergente sistema sanguigno dei mammiferi in isolamento utilizzando cellule raccolte o trapiantate da topi in via di sviluppo. I metodi richiedevano di interrompere il normale sviluppo del sistema sanguigno. I risultati hanno suggerito che solo una manciata di cellule staminali del sangue è emersa dall'aorta dei mammiferi in via di sviluppo, ha viaggiato nel fegato fetale e si è espansa drammaticamente prima di migrare nel midollo osseo.

Per questo studio, primo autore Miguel Ganuza, dottorato di ricerca, un borsista post-dottorato nel laboratorio di McKinney-Freeman, ha adattato un sistema utilizzato per studiare la composizione cellulare dei tumori solidi. Il sistema di etichettatura multicolore è attivato da geni espressi durante specifiche finestre di sviluppo.

Ganuza ha utilizzato il sistema per etichettare e tracciare il destino delle cellule precursori di vari stadi di sviluppo nei topi. "Volevamo capire cosa stava succedendo con diverse cellule progenitrici in diversi stadi di sviluppo quando sapevamo che si sarebbero verificate importanti decisioni sul destino delle cellule, " Disse Ganuza.

Co-autore e statistico David Finkelstein, dottorato di ricerca, del Dipartimento di Biologia Computazionale di St. Jude ha quindi utilizzato modelli matematici per lavorare a ritroso dal sangue periferico nei topi adulti per tracciare il contributo delle cellule precursori dai primi, fasi intermedie e tardive dello sviluppo prenatale.

I risultati hanno mostrato che molte più cellule precursori contribuiscono alla popolazione di cellule staminali del sangue nei topi adulti di quanto previsto. I risultati hanno anche sollevato interrogativi sul ruolo del fegato fetale nella formazione del sistema sanguigno.

"Per decenni si è pensato che il fegato fetale fosse il luogo in cui il numero di cellule staminali del sangue si espandeva drammaticamente, " McKinney-Freeman ha detto. "I risultati di questo studio sollevano interrogativi su quel modello e suggeriscono anche la presenza di colli di bottiglia nello sviluppo nel fegato fetale o nelle fasi successive dello sviluppo che limitano la popolazione di cellule staminali del sangue.

"Questo è il momento in cui la scienza è più interessante, quando vedi cose che non ti aspettavi, " lei disse.

Mentre inaspettato, la dimensione e la complessità appena rivelate del sistema sanguigno emergente hanno senso dal punto di vista dello sviluppo, ha detto McKinney-Freeman. "Produrre centinaia di cellule progenitrici durante le diverse fasi di sviluppo significa che l'organismo ha una maggiore flessibilità per adattarsi a problemi e problemi che potrebbero emergere con il progredire dello sviluppo, " lei disse.