ადამიანის ძუძუს უჯრედული ატლასი: ახალი ხედვა ძუძუს ბიოლოგიაზე

მკვლევრები, რომლებმაც ნორმალური ძუძუს ქსოვილის მსოფლიოში უდიდესი და ყველაზე ყოვლისმომცველი ატლასი შექმნეს, აცხადებენ, რომ ის ძუძუს ბიოლოგიის გაგების უნიკალურ გზას შემოგვთავაზებს და ძუძუს კიბოს მსგავსი დაავადებებისთვის მკურნალობის სამიზნეების განსაზღვრაში დაგვეხმარება. ეს კვლევა ადამიანის სხეულის სირთულის ამოხსნის მცდელობებს ახალ განზომილებას მატებს და მნიშვნელოვან ინფორმაციას გვაწვდის, რომელმაც შეიძლება ძუძუს სხვადასხვა დაავადების, განსაკუთრებით ძუძუს კიბოს, მკურნალობაში წვლილი შეიტანოს.

დიდი პროექტი

ადამიანის სხეული დაახლოებით 200 სხვადასხვა ტიპის უჯრედს შეიცავს; მათგან 12 ნორმალურ ძუძუს ქსოვილში გვხვდება. ძუძუს ქსოვილის წინა კვლევები ძირითადად კიბოს გამომწვევ ეპითელურ უჯრედებზე იყო კონცენტრირებული. თუმცა არაეპითელური უჯრედების ტიპები გენომური მიდგომებით სიღრმისეულად არ შესწავლილა. სივრცითი რუკირების ტექნიკას ქსოვილების შიგნით უჯრედების რუკის შექმნის შესაძლებლობა აქვს

ტეხასის MD Anderson-ის კიბოს ცენტრის უფროსი მკვლევარი Nicholas Navin ამბობს: „მოხარულები ვართ, რომ ეს დიდი პროექტი დასრულდა,“ და ამატებს: „სხვადასხვა ტექნოლოგიის გამოყენებით ძუძუს მთავარ უბნებში უჯრედების ყველა განსხვავებული ტიპისა და მდგომარეობის ძალიან დეტალურად აღწერა შევძელით. ვფიქრობთ, ეს ინსტრუმენტი ძალიან სასარგებლო იქნება ყველასთვის, ვინც ძუძუს კიბოსა და სხვა დაავადებებს, მაგალითად მასტიტს, აგრეთვე ძუძუს განვითარებასა და ძუძუთი კვების წარუმატებლობას შეისწავლის.“

2023 წლის 28 ივნისს Nature ჟურნალში გამოქვეყნებული შედეგების მქონე ეს გამორჩეული პროექტი გლობალური ადამიანის უჯრედული ატლასის კონსორციუმის ნაწილია, რომელიც ადამიანის სხეულის ყოველი ორგანოთა სისტემისთვის უჯრედულ საცნობარო რუკებს ქმნის.

კვლევის მეთოდოლოგია და შედეგები

ახალ კვლევაში მკვლევრებმა შეაგროვეს და შეისწავლეს ძუძუს ქსოვილის 220 ნიმუში ქალებისგან, რომლებსაც ძუძუს შემცირების ან მასტექტომიის (ძუძუს მოცილების) ოპერაცია ჰქონდათ ჩატარებული. ქალების 46% თეთრკანიანი იყო, 41% — შავკანიანი, 7% — ესპანური წარმოშობის, ხოლო 6%-ის ეთნიკური წარმომავლობა უცნობი იყო.

ადამიანის ძუძუს უჯრედული ატლასის შესაქმნელად კვლევაში მონაწილე 126 ქალისგან ჯამში 714 ათასი უჯრედის პროფილი ერთუჯრედული და სივრცითი გენომიკის მეთოდებით შეადგინეს.

კვლევის სამუშაო ნაკადის სქემა: „ადამიანის ძუძუს ქსოვილის ცხენები“ პროექტის მიმოხილვა და სამუშაო ნაკადი, რომელშიც სხვადასხვა წყაროდან ძუძუს ქსოვილის ნიმუშები შეგროვდა, შემდეგ კი ჩატარდა ერთუჯრედული და ერთბირთვიანი RNA სეკვენირება (10x Genomics), ასევე სივრცითი ანალიზი CODEX-ის (Akoya Biosciences), სივრცითი ტრანსრიპტომიკის (Visium 10x) Genomics) და smFISH-ის (Resolve Biosciences და Vizgen Merscope) გამოყენებით. 

მკვლევრებმა დეტალურად დაახარისხეს უჯრედების 12 ძირითადი ტიპის კლასტერი, მათ შორის ეპითელური უჯრედების სამი ტიპი, ლიმფური უჯრედები, სისხლძარღვოვანი უჯრედები, T უჯრედები, B უჯრედები, მიელოიდური უჯრედები, ადიპოციტები, მასტოციტები, ფიბრობლასტები და პერივასკულური უჯრედები.

ქვემოთ მოცემულია ზრდასრული ადამიანის ძუძუს ანატომიის გამოსახულება და პათოლოგიური H&E კვლევა, რომელიც ძუძუს ქსოვილის ძირითად უჯრედულ ტიპებს აჩვენებს. 

ასევე განისაზღვრა უჯრედების 58 ბიოლოგიური მდგომარეობა, მათ შორის განსხვავებები ჯანმრთელი ქალების ეთნიკური წარმომავლობის, ასაკის, სხეულის მასის ინდექსის (VKİ), სიმსუქნის, მენოპაუზის სტატუსის, ორსულობისა და მშობიარობების რაოდენობის მიხედვით.

სივრცითი რუკირების ტექნიკამ მკვლევრებს ნიმუშების RNA-სა და ცილების შემადგენლობის ნახვისა და სხვადასხვა ტიპის უჯრედების მდებარეობისა და განლაგების გაგების საშუალება მისცა. ამ ტექნიკამ ძუძუს ოთხ ძირითად უბანში — რძის გამომმუშავებელ ლობულურ უბნებში, რძის გამტარ სადინრულ უბნებში, ფიბრობლასტებისგან შემდგარ შემაერთებელ ქსოვილსა და ძირითადად ცხიმოვანი ქსოვილისგან შემდგარ ადიპოზურ უბნებში — ცნობილი უჯრედული ტიპებისა და ახალი უჯრედული მდგომარეობების შემადგენლობა გაშიფრა.

მოსალოდნელზე მეტი იმუნური უჯრედი

მკვლევრები ვარაუდობდნენ, რომ ნორმალურ ქსოვილში ცოტა იმუნური უჯრედი იქნებოდა. თუმცა აღმოაჩინეს, რომ ნორმალური ძუძუს ქსოვილის ყველა უჯრედის 16,7% იმუნური უჯრედები იყო, მათ შორის მიელოიდური უჯრედები, ბუნებრივი მკვლელი T უჯრედები და B უჯრედები. ამასთან, ეს იმუნური უჯრედები ოთხი დიდი ქსოვილოვანი უბნიდან სამში ძირითადად სადინრებისა და ლობულების გარშემო იყო განლაგებული.

მკვლევრებმა ასევე აღმოაჩინეს პერივასკულური უჯრედების — მათ შორის პერიციტებისა და სისხლძარღვთა გლუვკუნთოვანი უჯრედების — მოულოდნელად მაღალი წილი (7,4%).

ქვემოთ მოცემულია ადამიანის ძუძუს ქსოვილში სხვადასხვა უჯრედული ტიპის ქვეტიპები (BioRender-ით შექმნილი დენოგრამა).

შემდგომი კვლევით მკვლევრებმა ძუძუს ქსოვილის შემადგენლობასა და უჯრედულ მდგომარეობებში ეთნიკურ წარმომავლობაზე, ასაკსა და მენოპაუზის სტატუსზე დამოკიდებული მნიშვნელოვანი განსხვავებები გამოავლინეს. მაგალითად, შავკანიან ქალებზე არაპროპორციულად მოქმედებს აგრესიული ქვეტიპები, როგორიცაა სამმაგად უარყოფითი ძუძუს კიბო და ანთებითი ძუძუს კიბო, თუმცა ამ უთანასწორობათა მიზეზების შესახებ ძალიან ცოტა რამ არის ცნობილი.

მკვლევრებმა 50 წელზე უფროსი ქალების ძუძუს ქსოვილში ახალგაზრდებთან შედარებით მნიშვნელოვანი განსხვავებები აღმოაჩინეს. უჯრედულ მდგომარეობებში განსხვავებები მენოპაუზის სტატუსის მიხედვითაც გამოავლინეს. სიმსუქნემ, VKİ-მ, ორსულობის სტატუსმა და ძუძუს სიმკვრივემ უჯრედების ტიპებისა და მდგომარეობების ცვლილებებში უფრო მცირე განსხვავებები აჩვენა.

შედეგები

მკვლევრები ხაზს უსვამენ, რომ შესაძლოა მეტი კვლევა იყოს საჭირო მრავალი ამ უჯრედული მდგომარეობის ფუნქციური როლის უკეთ გასაგებად და სხვა ფაქტორებზე ფოკუსირებისთვის, რომლებმაც ადამიანის ძუძუს ბიოლოგიისა და დაავადებების ცოდნა შეიძლება მნიშვნელოვნად გააღრმაოს. მაგალითად, სხვადასხვა იმუნური უჯრედის შესწავლა შეიძლება ძუძუს კიბოს ზოგი ქვეტიპისთვის უფრო ეფექტიანი იმუნოთერაპიების შექმნაში დაგვეხმაროს და ძუძუს კიბოს პროგრესირებაში იმუნური უჯრედების როლი განსაზღვროს.

ადამიანის ძუძუს უჯრედული ატლასის ეს პროექტი გრძელდება და მონაცემთა ნაკრებების გასაუმჯობესებლად და გასაფართოებლად მონაწილეებს აქტიურად ეძებს. მონაცემები თავისუფლად გამოსაყენებელია და navinlabcode.github.io მისამართზეა ხელმისაწვდომი.