Zoals genealogen hiaten in een stamboom opvullen, Wetenschappers van het St. Jude Children's Research Hospital hebben vastgesteld dat levenslange bloedproductie afhankelijk is van honderden "voorouder"-cellen dan eerder gemeld. De studie richtte zich op de prenatale oorsprong van bloedvormende stamcellen en verscheen vandaag als een online publicatie in het tijdschrift Natuur celbiologie .

Bloedvormende of hematopoëtische stamcellen zijn verantwoordelijk voor de levenslange productie van bloed. De cellen hebben het vermogen om elk type bloedcel in het lichaam aan te maken. Bloedvormende stamcellen worden therapeutisch gebruikt om de bloedproductie en immuniteit te herstellen bij patiënten die een beenmergtransplantatie ondergaan voor de behandeling van kanker en andere ziekten. Begrijpen hoe het bloedsysteem ontstaat tijdens de prenatale ontwikkeling geeft inzicht in de oorsprong van kinderleukemie en andere bloedziekten die zich vroeg in het leven voordoen.v

Andere onderzoekers die andere methoden gebruikten, hadden de levenslange bloedproductie van zoogdieren gekoppeld aan slechts een handvol voorlopercellen of "vooroudercellen" die tijdens de prenatale ontwikkeling tevoorschijn komen. In dit onderzoek, St. Jude-onderzoekers gebruikten een kleurgecodeerd cellabelsysteem en wiskundige modellering om aan te tonen dat bij muizen, bloedvormende stamcellen ontstaan ​​uit ongeveer 500 voorlopercellen in plaats van minder dan 10. Hoewel de ontwikkeling van het bloedsysteem bij muizen en mensen hetzelfde is, het aantal voorlopercellen bij mensen is waarschijnlijk minstens 10 keer groter.

"Alle eerdere studies hadden gemeld dat zeer weinig voorlopercellen betrokken zijn bij het tot stand brengen van het bloedsysteem, " zei corresponderende auteur Shannon McKinney-Freeman, doctoraat, een assistent-lid van de afdeling Hematologie van St. Jude. "Maar gegevens in deze studie laten zien dat er in feite honderden cellen bij betrokken zijn en dat het zich ontwikkelende bloedsysteem complexer is en gedeeltelijk kan worden gevormd door knelpunten in de regelgeving die zich laat in de ontwikkeling voordoen en dienen om het aantal bloedvormende stamcellen te beperken. "

De bevindingen hebben ook klinische implicaties. "Begrijpen hoe het bloedsysteem ontstaat, inclusief het aantal en de complexiteit van de betrokken voorlopercellen, zal ons helpen de oorsprong van ziekten te ontrafelen en cellen te identificeren die mogelijk vatbaar zijn voor ziekteverwekkende mutaties, " ze zei.

Hematopoëtische stamcellen worden gevormd uit voorlopercellen die ontstaan ​​tijdens verschillende stadia van prenatale ontwikkeling. Naarmate de ontwikkeling vordert, de cellen specialiseren zich en worden het hart, nieren, bloed en andere organen.

Eerder onderzoek volgde het opkomende bloedsysteem van zoogdieren in isolatie met behulp van cellen die waren verzameld of getransplanteerd van zich ontwikkelende muizen. De methoden vereisten een verstoring van de normale ontwikkeling van het bloedsysteem. De resultaten suggereerden dat slechts een handvol bloedstamcellen voortkwam uit de zich ontwikkelende aorta van zoogdieren, reisden naar de foetale lever en breidden zich dramatisch uit voordat ze naar het beenmerg migreerden.

Voor deze studie is eerste auteur Miguel Ganuza, doctoraat, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van McKinney-Freeman, een systeem aangepast dat wordt gebruikt om de cellulaire samenstelling van solide tumoren te bestuderen. Het meerkleurige labelsysteem wordt geactiveerd door genen die tot expressie worden gebracht tijdens specifieke ontwikkelingsvensters.

Ganuza gebruikte het systeem om het lot van voorlopercellen uit verschillende ontwikkelingsstadia bij muizen te labelen en te volgen. "We wilden begrijpen wat er gebeurde met verschillende voorlopercellen in verschillende stadia van ontwikkeling toen we wisten dat belangrijke beslissingen over het lot van cellen plaatsvonden, ' zei Ganuza.

Co-auteur en statisticus David Finkelstein, doctoraat, van het St. Jude Department of Computational Biology gebruikte vervolgens wiskundige modellering om achteruit te werken vanuit perifeer bloed bij volwassen muizen om de bijdrage van voorlopercellen vanaf de vroege, midden en late stadia van prenatale ontwikkeling.

De resultaten toonden aan dat veel meer voorlopercellen bijdragen aan de populatie van bloedstamcellen bij volwassen muizen dan werd verwacht. De bevindingen riepen ook vragen op over de rol van de foetale lever bij de vorming van het bloedsysteem.

"Decennia lang werd gedacht dat de foetale lever de plaats was waar het aantal bloedstamcellen dramatisch uitbreidde, " zei McKinney-Freeman. "De resultaten in deze studie roepen vragen op over dat model en suggereren zelfs de aanwezigheid van ontwikkelingsknelpunten in de foetale lever of in latere stadia van ontwikkeling die de bloedstamcelpopulatie beperken.

"Dit is wanneer wetenschap het meest interessant is, als je dingen ziet die je niet had verwacht, " ze zei.

Hoewel onverwacht, de nieuw geopenbaarde omvang en complexiteit van het opkomende bloedsysteem is qua ontwikkeling logisch, zei McKinney-Freeman. "Het produceren van honderden voorlopercellen tijdens verschillende ontwikkelingsstadia betekent dat het organisme meer flexibiliteit heeft om zich aan te passen aan problemen en problemen die zich kunnen voordoen naarmate de ontwikkeling vordert, " ze zei.