L'ematopoiesi è un processo strettamente regolato in cui le cellule staminali ematopoietiche (HSC) presenti nelle nicchie del midollo osseo danno origine a tutte le linee cellulari sanguigniche mature. Attraverso una serie gerarchica di eventi di differenziazione, gli HSC generano progenitori multipotenti che si impegnano progressivamente nelle linee eritroide, mieloidi e linfoidi prima di maturare terminalmente in cellule sanguigni funzionali circolanti. Questo processo è governato da segnalazione coordinata all'interno del microambiente del midollo osseo e da meccanismi intrinseci di regolazione trascrizionale ed epigenetica. Le interruzioni di queste vie regolatorie, in particolare attraverso l'accumulo di mutazioni genetiche o somatiche negli HSC, possono compromettere la differenziazione normale e portare all'espansione clonale di progenitori anomali. Tali alterazioni possono infine portare a disturbi ematologici caratterizzati da ematopoiesi e citopenie inefficaci, incluse le sindromi mielodisplastiche (MDS) e la leucemia mieloide acuta (LMA)1,2,3,4,5.
Il saggio dell'unità formatrice di colonie (CFU) è una tecnica ben consolidata in vitro per valutare il potenziale di differenziazione delle cellule staminali e progenitrici ematopoietiche (HSPC). Originariamente sviluppato come test a breve termine per misurare la capacità proliferativa e di differenziazione dei progenitori ematopoietici 6,7,8, il test CFU è diventato da allora uno strumento ampiamente utilizzato sia nell'ematologia clinica chein quella sperimentale 9. In ambito di laboratorio preclinico, il saggio viene frequentemente utilizzato per valutare l'impatto di perturbazioni genetiche o di terapie candidate sulla differenziazione ematopoietica. Nel contesto della ricerca su MDS e AML, i test CFU forniscono una lettura funzionale per comprendere come le alterazioni molecolari e genetiche influenzino la capacità di differenziazione del midollo osseo o delle cellule del sangue periferico derivate dal paziente.
Il saggio CFU prevede la coltura degli HSPC in un mezzo semisolido a base di metilcellulosa, integrato con fattori di crescita definiti che supportano l'espansione e la differenziazione specifiche per linea. In queste condizioni, le cellule progenitrici proliferano e danno origine a colonie discrete, che possono essere classificate morfologicamente in base all'identità della linea di discendenza. In questo protocollo viene utilizzato un mezzo semisolido a base di metilcellulosa disponibile e ottimizzato per la differenziazione eritroide e mieloide. Il mezzo contiene una combinazione di citochine, tra cui interleuchina-3 (IL-3), interleuchina-6 (IL-6), fattore delle cellule staminali (SCF), eritropoietina (EPO), fattore stimolante della colonia granulocita (G-CSF) e fattore stimolante della colonia granulociti-macrofagi (GM-CSF). Insieme, questi fattori supportano la crescita dei progenitori eritroidi come i progenitori unitari-formanti di colonie (CFU-E) e gli eritroidi unitari burst-forming (BFU-E), i progenitori dei granulociti-macrofagi mieloidi (CFU-GM) e i progenitori multipotenti come i progenitori di granulociti, eritrociti, monociti, megacariociti (CFU-GEMM)10,11.
Nonostante la sua ampia utilità, il mezzo semisolido sopra menzionato è limitato nella sua capacità di differenziazione, poiché non supporta adeguatamente la differenziazione di megacariociti e piastrine. Per queste applicazioni, sono più appropriate formulazioni più specializzate contenenti fattori di crescita piastrinica; tuttavia, essi sono fuori dalla portata del protocollo descritto. Nel complesso, attraverso un'attenta selezione della formulazione dei mezzi combinata con la valutazione morfologica e analisi a valle come la citometria a flusso, i ricercatori possono valutare efficacemente la sensibilità dei farmaci attraverso l'analisi dell'impegno della linea e del potenzialedi differenziazione 12.
In questo studio, il saggio CFU viene utilizzato per indagare il potenziale terapeutico delle terapie combinate per il trattamento della MDS ricadente/refrattaria ad alto rischio. La pirimetamina è un antifolato clinicamente approvato utilizzato per trattare la toxoplasmosi e la malaria parassita, ed è stato recentemente studiato come agente anticancro 13,14,15. Studi recenti hanno dimostrato che il trattamento con pirimetamina può agire attraverso l'inibizione di vie chiave che regolano la sintesi de novo dellapirimidina 16. In questo protocollo, i saghi CFU vengono utilizzati per indagare l'efficacia clinica della pirimetamina come terapia a singolo agente e come terapia combinata con Venetoclax, che è attualmente una terapia di prima linea per il trattamento MDS eAML 17,18.
Nonostante la sua ampia utilità, il test CFU presenta diverse limitazioni tecniche. L'identificazione e la classificazione delle colonie si basano fortemente su criteri morfologici, che possono introdurre variabilità tra osservatori e tra i centridi ricerca 6,19,20,21. Inoltre, i campioni derivati da pazienti da individui con MDS o AML spesso mostrano una ridotta vitalità cellulare, maggiore fragilità ed eterogeneità, il che può complicare la formazione delle colonie e le analisi avalle 9. La preparazione delle colonie per ulteriori caratterizzazioni, inclusa la citometria a flusso, può quindi richiedere una gestione attenta per preservare l'integrità cellulare. L'assenza di procedure standardizzate per l'identificazione, il conteggio e l'analisi a valle contribuisce ulteriormente alla variabilità tra gli studi. Queste considerazioni tecniche evidenziano la necessità di procedure standardizzate ottimizzate specificamente per campioni ematopoietici derivati dal paziente.
Questo protocollo delinea un flusso di lavoro ottimizzato per l'esecuzione di saghi CFU utilizzando cellule mononucleari derivate da campioni di midollo osseo primario o di sangue periferico di pazienti con neoplasie ematologiche. L'approccio si concentra su strategie pratiche per la gestione di cellule sensibili derivate dal paziente, l'istituzione di condizioni di coltura affidabili e l'implementazione di criteri coerenti per l'identificazione e quantificazione delle colonie. Fornendo indicazioni metodologiche dettagliate e enfatizzando pratiche di analisi riproducibili, questo protocollo mira a facilitare una valutazione più affidabile della differenziazione ematopoietica e della risposta terapeutica negli studi preclinici di MDS e AML.