Human Hematopoietic Stem/Progenitor Cells (HSPC) mainly reside in the bone marrow (BM) but few circulating cells (cHSPC) are found in peripheral blood (PB) and their amount is increased by mobilizing agents for gene therapy (GT) purposes. Combining phenotypic and functional assays with single-cell transcriptome profiling and integration site analyses, we are studying the behavior of human resident, circulating and mobilized HSPC. By evaluating the reconstitution kinetic after GT in Wiskott-Aldrich Syndrome patients we found that mobilized peripheral blood(MPB)-HSPC allowed faster neutrophil and platelet recovery, higher number of engrafted clones and increased gene correction in the myeloid lineage, as compared to BM HSPC. This correlated with higher amount of myeloid and primitive progenitors contained in MPB HSPC. Finally, BM- and MPB-GT patients display distinct kinetics of hematopoietic recovery, but similar long-term reconstitution. We assessed HSPC mobilization kinetics in patients with different inherited disorders as well as adult healthy donors(HD) undergoing mobilization with G-CSF (G) with or without Plerixafor (G+P). Primitive and myeloid progenitors showed the highest mobilization capability after G, while all HSPC mobilized after administration of P. This subset-specific mobilization propensity after G inversely correlated with HSPC CXCR4 expression. By reproducing patients' mobilization protocol in xenotransplanted mice we are assessing the impact of CXCR4 expression on the distinct HSPC mobilization kinetics observed. Finally, we found that cHSPC and BM-HSPC display distinct compositions but comparable BM homing after xenotransplantation. Moreover, the number of both total and primitive cHSPC is high in young infants, suggesting the possible exploitation of cHSPC as alternative stem cell source. We are currently investigating the molecular mechanisms of HSPC trafficking and evaluating the capability of cHSPC to be transduced and expanded in vitro.

Tracking clonale del ricircolo delle cellule staminali/progenitrici ematopoietiche umane Le cellule staminali/progenitrici ematopoietiche umane (HSPC) risiedono principalmente nel midollo osseo (BM) ma poche cellule circolanti (cHSPC) si trovano nel sangue periferico (PB) e la loro quantità può essere aumentata utilizzando agenti mobilizzanti al fine di effettuare la terapia genica (GT). Combinando analisi di caratterizzazione fenotipica e funzionale con studi trascrizionali a singola cellula e tracking clonale dei siti di integrazione, stiamo studiando il comportamento di HSPC residenti nel BM, circolanti e mobilizzate nei soggetti umani. Studiando le dinamiche di ricostituzione dopo GT nei pazienti con sindrome di Wiskott-Aldrich, abbiamo scoperto che le HSPC di sangue periferico mobilizzato (MPB) consentono di avere un recupero più rapido del numero di neutrofili e piastrine, un numero maggiore di cloni attecchiti e una maggiore correzione genica nelle popolazioni mieloidi, rispetto alle HSPC di BM. Ciò correla a una maggiore quantità di progenitori mieloidi e primitivi contenuti nelle HSPC di MPB, il che implica che la composizione iniziale di HSPC nel prodotto di infusione ha un impatto importante sull'esito della GT. Abbiamo valutato la cinetica di mobilizzazione dell'HSPC in pazienti con diverse malattie ereditarie e in donatori adulti sani (HD) sottoposti a mobilizzazione con G-CSF (G) con o senza Plerixafor (G+P). I progenitori primitivi e mieloidi hanno mostrato la più alta capacità di mobilizzazione dopo G, mentre tutti le sottopopolazioni di HSPC vengono mobilizzate dopo la somministrazione di P. Questa propensione alla mobilizzazione specifica delle sottopopolazioni dopo G è inversamente correlata all'espressione della molecola CXCR4 sulla superficie delle HSPC. Riproducendo il protocollo di mobilizzazione dei pazienti nei topi xenotrapiantati stiamo valutando l'impatto dell'espressione di CXCR4 sulle diverse cinetiche di mobilizzazione delle HSPC. Infine, abbiamo scoperto che cHSPC e BM-HSPC mostrano composizioni distinte ma un simile potenziale di homing e differenziamento dopo xenotrapianto. Inoltre, il numero di sottopopolazioni di HSPC circolanti, incluse quelle più primitive, nel PB è elevato nei bambini piccoli, suggerendo il possibile utilizzo di cHSPC come fonte alternativa di cellule staminali. Attualmente stiamo studiando i meccanismi molecolari che modulano il traffico di HSPC e stiamo valutando la capacità di cHSPC di essere trasdotte ed espanse in vitro.

Wiskott-Aldrich Syndrome, ADA-SCID, MLD, MPSIH

Sindrome Wiskott-Aldrich, ADA-SCID, Leucodistrofia Metacromatica, Mucopolisaccaridosi tipo I Hurler