Hematopoëse is een streng gereguleerd proces waarbij hematopoëtische stamcellen (HSC's) die zich in beenmergniches bevinden, aanleiding geven tot alle volwassen bloedcellijnen. Door een hiërarchische reeks differentiatiegebeurtenissen genereren HSC's multipotente voorlopers die geleidelijk zich verbinden aan erythroïde, myeloïde en lymfoïde lijnen voordat ze eindelijke rijping ondergaan tot functionele circulerende bloedcellen. Dit proces wordt geleid door gecoördineerde signalering binnen de beenmergmicroomgeving en door intrinsieke transcriptie- en epigenetische reguleringsmechanismen. Verstoringen van deze regulerende routes, met name door de ophoping van genetische of somatische mutaties in HSC's, kunnen de normale differentiatie verstoren en leiden tot klonale uitbreiding van abnormale voorlopers. Dergelijke veranderingen kunnen uiteindelijk leiden tot hematologische aandoeningen die worden gekenmerkt door ineffectieve hematopoëse en cytopenieën, waaronder myelodysplastische syndromen (MDS) en acute myeloïde leukemie (AML)1,2,3,4,5.
De colony-forming unit (CFU) assay is een goed gevestigde in vitro techniek voor het evalueren van het differentiatiepotentieel van hematopoëtische stam- en voorlopercellen (HSPC's). Oorspronkelijk ontwikkeld als een kortdurende assay om het proliferatie- en differentiatievermogen van hematopoëtische voorlopers 6,7,8 te meten, is de CFU-assay sindsdien een veelgebruikt hulpmiddel geworden in zowel klinische als experimentelehematologie. In preklinische laboratoriumomgevingen wordt de assay vaak gebruikt om de impact van genetische verstoringen of kandidaat-therapieën op hematopoëtische differentiatie te beoordelen. Binnen de context van MDS- en AML-onderzoek bieden CFU-assays een functioneel inzicht in hoe moleculaire en genetische veranderingen de differentiatiecapaciteit van door patiënten afgeleide beenmerg of perifere bloedcellen beïnvloeden.
De CFU-assay omvat het cultiveren van HSPC's in een op methylcellulose gebaseerd halfvaste medium, aangevuld met gedefinieerde groeifactoren die de lijnspecifieke expansie en differentiatie ondersteunen. Onder deze omstandigheden vermenigvuldigen voorlopercellen en vormen ze afzonderlijke kolonies, die morfologisch kunnen worden geclassificeerd op basis van afstammingsidentiteit. Een commercieel verkrijgbaar op methylcellulose gebaseerd halfvast medium dat geoptimaliseerd is voor differentiatie tussen erytroïden en myeloïden wordt in dit protocol gebruikt. Het medium bevat een combinatie van cytokines, waaronder interleukine-3 (IL-3), interleukine-6 (IL-6), stamcelfactor (SCF), erytropoëtine (EPO), granulocytkoloniestimulerende factor (G-CSF) en granulocyten-macrofage kolonie-stimulerende factor (GM-CSF). Samen ondersteunen deze factoren de groei van erytroïde voorlopers zoals kolonievormende unit-erytroïde (CFU-E) en burst-vormende unit-erytroïde (BFU-E), myeloïde granulocyt-macrofagen voorlopers (CFU-GM), en multipotente voorlopers zoals granulocyten, erytrocyten, monocyten, megakaryocyten (CFU-GEMM)10,11.
Ondanks zijn brede nut is het hierboven genoemde halfvaste medium beperkt in zijn differentiatiecapaciteit, omdat het de differentiatie van megakaryocyten en bloedplaatjes niet voldoende ondersteunt. Voor deze toepassingen zijn meer gespecialiseerde formuleringen met bloedplaatjesgroeifactoren geschikter; Ze vallen echter buiten de scope van het beschreven protocol. Over het algemeen kunnen onderzoekers door zorgvuldige selectie van mediaformulering gecombineerd met morfologische beoordeling en downstream-analyses zoals flowcytometrie de medicijngevoeligheid effectief evalueren via analyse van lineagecommitment en differentiatiepotentieel12.
In deze studie wordt de CFU-assay gebruikt om het therapeutisch potentieel van combinatietherapieën voor de behandeling van terugkerende/refractaire hoog-risico MDS te onderzoeken. Pyrimethamine is een klinisch goedgekeurd antifolaat dat wordt gebruikt voor de behandeling van toxoplasmose en parasitaire malaria, en is recentelijk onderzocht als antikankermiddel. Recente studies hebben aangetoond dat de behandeling met pyrimethamine kan werken door het remmen van belangrijke routes die de de novo pyrimidinesynthese reguleren16. Hier in dit protocol worden CFU-assays gebruikt om de klinische effectiviteit van pyrimethamine als single-agent therapie en als combinatietherapie met Venetoclax te onderzoeken, een huidige frontlinietherapie voor MDS- en AML-behandeling17,18.
Ondanks de brede bruikbaarheid kent de CFU-assay verschillende technische beperkingen. Kolonieidentificatie en classificatie zijn sterk afhankelijk van morfologische criteria, wat variabiliteit kan veroorzaken tussen waarnemers en tussen onderzoekscentra 6,19,20,21. Daarnaast vertonen door patiënten afgeleide monsters van personen met MDS of AML vaak verminderde cellevensvatbaarheid, verhoogde fragiliteit en heterogeniteit, wat de vorming van kolonies en analyses stroomafwaarts kan bemoeilijken. Het voorbereiden van kolonies voor verdere karakterisering, inclusief flowcytometrie, kan daarom zorgvuldig worden behandeld om de celintegriteit te behouden. Het ontbreken van gestandaardiseerde procedures voor kolonie-identificatie, telling en downstream analyse draagt verder bij aan variabiliteit tussen de studies. Deze technische overwegingen benadrukken de noodzaak van gestandaardiseerde procedures die specifiek zijn geoptimaliseerd voor door patiënten afgeleide hematopoëtische monsters.
Dit protocol beschrijft een geoptimaliseerde workflow voor het uitvoeren van CFU-assays met mononucleaire cellen afkomstig van primaire beenmerg- of perifere bloedmonsters van patiënten met hematologische maligniteiten. De aanpak richt zich op praktische strategieën voor het omgaan met gevoelige patiënt-afgeleide cellen, het vaststellen van betrouwbare kweekomstandigheden en het implementeren van consistente criteria voor kolonie-identificatie en kwantificatie. Door gedetailleerde methodologische richtlijnen te bieden en de nadruk te leggen op reproduceerbare analysepraktijken, streeft dit protocol ernaar een betrouwbaardere evaluatie van hematopoëtische differentiatie en therapeutische respons in preklinische studies van MDS en AML te faciliteren.