SeekSpace: Sveliamo i Segreti della Fabbrica del Sangue nel Fegato Fetale!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di qualcosa di veramente affascinante: come si forma il nostro sangue prima ancora di nascere. Sapete, durante lo sviluppo embrionale, non è il midollo osseo a fare il grosso del lavoro, ma il fegato fetale. È lì che le cellule staminali e progenitrici ematopoietiche (le famose HSPC, le “mamme” di tutte le cellule del sangue) si espandono a un ritmo incredibile. Ma come si organizzano esattamente queste cellule all’interno del fegato? Quali sono i loro “quartieri” preferiti? Fino ad ora, era un po’ un mistero.

La Sfida: Vedere nel Dettaglio

Immaginate di dover mappare una città complessa usando una mappa sfocata. Difficile, vero? Ecco, studiare l’organizzazione spaziale delle cellule nel fegato fetale presentava sfide simili. Le tecniche di trascrittomica spaziale tradizionali, come la popolare 10x Visium, usano “spot” di cattura relativamente grandi, che finiscono per raccogliere l’RNA da più cellule contemporaneamente. Il risultato? Un segnale misto, un po’ confuso, che rende difficile capire esattamente quale cellula si trovi dove e cosa stia facendo. Era come cercare di ascoltare una singola conversazione in mezzo a una folla rumorosa. Avevamo bisogno di una lente d’ingrandimento molto più potente.

La Soluzione Tecnologica: Ecco SeekSpace!

Ed è qui che entra in gioco una tecnologia innovativa che abbiamo utilizzato: SeekSpace. Pensatela come un GPS ad altissima risoluzione per le cellule. Si basa su un chip spaziale con “etichette” (codici a barre spaziali) incredibilmente piccole e dense (cluster di 900 nanometri!). Questo ci permette di localizzare ogni singolo nucleo cellulare con una precisione mai vista prima, eliminando la contaminazione incrociata di RNA tra cellule vicine. In pratica, possiamo sapere non solo dove si trova ogni cellula nel tessuto, ma anche quali geni sta attivando in quel preciso momento, il tutto senza bisogno di complesse ricostruzioni algoritmiche. SeekSpace ci ha permesso di “zoomare” sul fegato fetale di topo (al giorno embrionale 13.5, un momento cruciale) e vedere le cose chiaramente.

Un Atlante Spaziale del Fegato Fetale

Grazie a SeekSpace, abbiamo costruito un vero e proprio atlante trascrittomico spaziale a singola cellula del fegato fetale durante l’ematopoiesi. Abbiamo identificato ben 11 cluster cellulari distinti, una vera metropoli in miniatura! C’erano, ovviamente, le nostre protagoniste:

• Cellule staminali e progenitrici ematopoietiche (HSPC)
• Cellule mieloidi
• Progenitori eritroidi ed eritroblasti (i precursori dei globuli rossi, molto abbondanti!)
• Macrofagi
• Megacariociti (precursori delle piastrine)
• Cellule B

Ma anche le cellule “residenti” del fegato:

• Cellule endoteliali (che rivestono i vasi sanguigni)
• Cellule stromali mesenchimali (MSC)
• Epatoblasti (le cellule “bambine” del fegato)

Mappando queste popolazioni nello spazio, abbiamo notato che la maggior parte era distribuita un po’ ovunque, tranne gli eritroblasti, che tendevano a raggrupparsi in specifici “focolai”.

Espansione Attiva: Una Fabbrica a Pieno Regime

Analizzando più a fondo le HSPC, le abbiamo suddivise in sotto-popolazioni ancora più specifiche, come le HSC/MPP (le staminali e progenitrici multipotenti, le più “giovani”), e vari progenitori già un po’ più “decisi” sul loro futuro (GMP, CLP, MEP, ecc.). E qui abbiamo fatto una scoperta interessante. Usando analisi di prossimità spaziale (in pratica, misurando quanto vicine sono le cellule dello stesso tipo), abbiamo visto che non solo le HSC/MPP, ma anche molti progenitori “ristretti” (RP) come GMP, CLP e MKP, erano significativamente vicini tra loro. Cosa significa? Che queste cellule si stanno attivamente espandendo, dividendosi e formando piccoli cluster. Questo è un comportamento molto diverso da quello che si osserva nel midollo osseo adulto, dove i progenitori ristretti tendono a non mostrare questa auto-prossimità, suggerendo un focus maggiore sulla differenziazione piuttosto che sull’espansione pura. Il fegato fetale, quindi, è davvero una fabbrica che lavora a pieno ritmo per aumentare il numero di *tutti* i tipi di cellule progenitrici. Abbiamo confermato questa espansione anche con tecniche di imaging e citofluorimetria, vedendo aumentare drasticamente il numero di queste cellule tra il giorno 12.5 e 14.5 dello sviluppo embrionale.

Il Vicinato Conta: Le Nicchie delle Staminali

Ma le cellule staminali (HSC/MPP) si espandono da sole o hanno bisogno di “vicini” specifici? Abbiamo indagato sulle interazioni cellula-cellula usando un software chiamato CellChat, che predice le comunicazioni basate sui segnali (ligandi e recettori) espressi dalle cellule vicine. È emerso che le HSC/MPP interagiscono molto con quattro tipi di cellule: macrofagi (MC), cellule endoteliali (EC), cellule stromali mesenchimali (MSC) ed epatoblasti (Hep).
Andando a misurare le distanze reali tra le cellule grazie ai dati di SeekSpace, abbiamo scoperto che le HSC/MPP si trovano significativamente più vicine ai macrofagi e alle cellule endoteliali rispetto a quanto ci si aspetterebbe dal caso. Non era così, invece, per le MSC e gli epatoblasti. Questo suggerisce fortemente che macrofagi e cellule endoteliali formino una “nicchia” fisica, un ambiente di supporto cruciale per l’espansione delle HSC/MPP nel fegato fetale. L’imaging in situ ha confermato questa stretta associazione.

Curiosamente, questa preferenza per vicini specifici non è stata osservata per i progenitori ristretti (RP). Anche se interagiscono con le cellule della nicchia, non mostrano una prossimità spaziale significativa. Sembra che, una volta avviati su un percorso di differenziazione, abbiano meno bisogno di questo contatto fisico stretto per la loro espansione.

Segnali Segreti: Come Comunicano le Cellule

Quali sono i “messaggi” scambiati tra le HSC/MPP e le loro cellule di supporto? L’analisi CellChat ha evidenziato alcune vie di segnalazione chiave. Ad esempio, i macrofagi sembrano comunicare con le HSC/MPP principalmente attraverso la via di segnalazione dell’IGF (Insulin-like Growth Factor), esprimendo specificamente Igf1 e Igf2. Le cellule endoteliali, invece, sembrano importanti per la produzione di componenti della matrice extracellulare, come i collageni (Col4a1, Col4a2), che interagiscono con il recettore CD44 sulle HSC/MPP, una via nota per influenzare il destino delle cellule staminali. Quindi, macrofagi e cellule endoteliali supportano l’espansione delle HSC/MPP, ma probabilmente attraverso meccanismi molecolari distinti.

Perché Tutto Questo è Importante?

Capire nel dettaglio come è organizzato spazialmente il fegato fetale e come le cellule comunicano tra loro è fondamentale. Questo studio fornisce una risorsa preziosa per chiunque studi l’ematopoiesi e lo sviluppo. Ci aiuta a comprendere le differenze tra la formazione del sangue nel feto e nell’adulto e come le nicchie cellulari cambiano nel tempo per supportare le diverse esigenze delle cellule staminali. Inoltre, queste conoscenze potrebbero essere utili in futuro per migliorare le tecniche di coltura ex vivo delle cellule staminali ematopoietiche, magari ricreando in laboratorio un ambiente più simile a quello fetale per favorirne l’espansione, un obiettivo importante per la medicina rigenerativa e le terapie cellulari.

Insomma, grazie a SeekSpace, abbiamo potuto “accendere la luce” su un processo biologico fondamentale, rivelando l’architettura nascosta della nostra prima fabbrica del sangue. È incredibile pensare a quanta complessità e organizzazione ci sia già a livelli così precoci dello sviluppo!

Fonte: Springer