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Mieloide

Un organoide mielinoide o mielínico es un modelo tridimensional cultivado in vitro derivado de células madre pluripotentes humanas (hPSC) que representa diversas regiones del ce...

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Un organoide mielinoide o mielínico es un modelo tridimensional cultivado in vitro derivado de células madre pluripotentes humanas (hPSC) que representa diversas regiones del cerebro, la médula espinal o el sistema nervioso periférico en el desarrollo fetal humano temprano. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Los mielinoides tienen la capacidad de recapitular aspectos de los procesos de desarrollo cerebral, microambientes, interacción célula a célula, organización estructural y composición celular. [ 2 ] [ 3 ] El aspecto diferenciador que determina si un organoide se considera cerebral o mielinoide es la presencia de mielinización y la formación de mielina compacta , que es una característica definitoria de los mielinoides. Debido a la naturaleza compleja del cerebro humano, existe la necesidad de sistemas modelo que puedan imitar fielmente procesos biológicos complejos. Los mielinoides proporcionan un modelo in vitro único a través del cual se pueden llevar a cabo estudios de patología de la mielina, enfermedades neurodegenerativas, procesos de desarrollo y cribado terapéutico. [ 1 ] [ 2 ]

Historia

Los modelos in vitro han sido un componente crítico de muchos estudios biológicos. Las monocapas , o cultivos 2D, se han utilizado ampliamente en el pasado; sin embargo, están limitadas por su falta de complejidad y no logran recapitular la arquitectura tisular involucrada en los procesos biológicos que ocurren in vivo. [ 4 ] Los organismos modelo, como Mus musculus , Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster y Saccharomyces cerevisiae , recapitulan mejor la complejidad biológica que los cultivos monocapa 2D. [ 5 ] [ 6 ] Sin embargo, estos organismos modelo no capturan perfectamente la biología humana. Específicamente, existen marcadas diferencias en el desarrollo cerebral entre ratones y humanos. Las principales diferencias de desarrollo incluyen la variabilidad en los patrones de división de las células madre neurales y la localización y los tipos de células gliales que ocurren en etapas específicas del desarrollo. [ 7 ] [ 8 ]

Aprovechando las tecnologías de células madre pluripotentes, se desarrollaron organoides cerebrales para llenar el vacío en sistemas modelo para estudiar el desarrollo y la patología cerebral humana específica in vitro. El primer organoide cerebral se estableció en 2013. [ 9 ] Desde entonces, han surgido varios protocolos para generar organoides para diferentes regiones del cerebro como organoides cerebelosos , [ 10 ] hipocampales , [ 11 ] mesencéfalo , [ 12 ] prosencéfalo , [ 13 ] e hipotalámicos . [ 14 ] Los organoides cerebrales proporcionan un modelo neurológico a través del cual se pueden estudiar enfermedades, desarrollo y terapias. [ 15 ] Sin embargo, una limitación importante de los organoides cerebrales es que carecen de una formación robusta de mielina y, por lo tanto, no son adecuados para estudios que investigan la sustancia blanca .

Esta limitación de los organoides cerebrales se abordó en 2018 cuando se generaron organoides cerebrales que contenían una población robusta de oligodendrocitos mielinizantes. El proceso de generación de estos organoides cerebrales mielinizados duró 210 días e implicó la adición de varios factores de crecimiento y medios en momentos específicos. [ 2 ] Debido a la prolongada duración del protocolo de 2018, se realizaron esfuerzos para acelerar y optimizar la diferenciación y generación de estos organoides mielinizados. En 2019 se describió un protocolo similar que difería ligeramente en los factores de crecimiento añadidos y el momento de los cambios de medio. Este protocolo logró generar organoides con formación de mielina compacta para el día 160. [ 16 ]

Otro protocolo desarrollado en 2019 demostró que la generación de organoides mielinizados podía acelerarse aún más. Mediante un protocolo novedoso, la proteína básica de mielina (MBP), un marcador de la diferenciación de oligodendrocitos y la mielinización en el SNC, fue detectable tan pronto como el día 63 (9 semanas) y se observaron axones mielinizados para el día 105 (15 semanas), reduciendo efectivamente a la mitad la duración del protocolo. [ 17 ] [ 18 ]

En 2021 se estableció un protocolo de duración similar; sin embargo, los organoides resultantes difieren ligeramente en su contexto biológico. Este protocolo aprovechó el hecho de que la mielinización de la médula espinal se observa antes que la mielinización cortical. [ 1 ] Este protocolo generó organoides con una mielinización robusta con un destino celular ventrocaudal. [ 1 ] Estos organoides, aunque técnicamente no son organoides cerebrales, también pueden usarse para estudiar la patología de la enfermedad de la mielina , validada en el estudio mediante la generación de organoides que recapitulan la patología de la enfermedad observada en pacientes Nfasc 155-/-. En este protocolo, se refirieron a sus organoides mielinizados como "mielinoides", creando así la categoría de organoides denominados mielinoides. [ 1 ]

En 2021, un grupo de investigadores se propuso abordar el hecho de que los largos protocolos de diferenciación hacen que los mielinoides sean menos prácticos para la experimentación de alto rendimiento, como la detección de fármacos. [ 19 ] Para ello, los científicos desarrollaron una línea de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC) que se basa en la expresión temprana de un gen oligodendroglial, lo que permitió la generación acelerada de organoides mielinizados en tan solo 42 días. [ 19 ] Hasta la fecha, este es el protocolo más rápido para generar oligodendrocitos maduros en un organoide cerebral. [ 19 ]

Historia de los protocolos de generación de organoides cerebrales a mielinoides

Métodos de cultivo

Flujo de trabajo general para la generación de organoides de mielina.

Para generar organoides, las células madre pluripotentes humanas (hPSC) se dejan agregar en cuerpos embrionarios (EB) en placas de baja adhesión (en suspensión), que luego se cultivan en un biorreactor rotatorio con factores específicos de linaje para promover la amplificación, el crecimiento y la diferenciación celular. [ 2 ] [ 20 ] [ 21 ] Los EB tienen la capacidad de diferenciarse en todas las capas germinales embrionarias, mesodermo , endodermo y ectodermo . In vivo , el sistema nervioso, incluida la mielina, se genera a partir del ectodermo. [ 21 ] Para recapitular esto in vitro y generar organoides de mielina, los EB se cultivan en medios con factores de crecimiento y suplementos específicos que conducen a la diferenciación ectodérmica específica, seguida de la inducción neural posterior. [ 21 ] Más específicamente, se agregan factores de inducción neural para inducir la formación de células progenitoras neurales que dan lugar a neuronas y células gliales, incluidos los oligodendrocitos, in vivo . [ 2 ]

Un método bien establecido para diferenciar eficientemente las células hPSC en células neuronales es mediante la inhibición dual de la señalización SMAD utilizando dorsomorfina (también conocida como compuesto C) y SB431542. [ 1 ] [ 2 ] [ 22 ] [ 23 ] Para promover una mayor proliferación de células precursoras neuronales, se añaden factores de crecimiento específicos al medio, como el factor de crecimiento epidérmico (EGF) y el factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF-2). [ 2 ] [ 23 ] [ 24 ] Antes de la inducción neuronal y glial, los esferoides generalmente se incrustan en una matriz extracelular , como Matrigel , y se transfieren a un biorreactor rotatorio donde se suplementan continuamente diferentes moléculas pequeñas y factores de crecimiento para promover la diferenciación de las células en estructuras y tipos celulares específicos. [ 2 ] [ 20 ] [ 23 ]

In vivo , la inducción neuronal precede a la formación de oligodendrocitos. [ 25 ] Por lo tanto, en cultivo, primero se añaden factores de inducción neuronal para inducir el patrón neurocortical de los esferoides, seguidos de factores que inducen la formación de células precursoras de oligodendrocitos (OPC) y su diferenciación en oligodendroglia. [ 2 ] [ 23 ] Para promover la formación de neuronas a partir de células precursoras neurales, se pueden añadir al medio el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) y el factor neurotrófico 3 (NT3). [ 2 ] [ 23 ] Posteriormente, se añaden al medio factores como el factor de crecimiento derivado de plaquetas AA (PDGF-AA) y el factor de crecimiento similar a la insulina 1 (IGF-1) para dar como resultado una expansión de las poblaciones de OPC presentes dentro del organoide al promover la proliferación y supervivencia de las OPC. [ 1 ] [ 2 ]

Finalmente, se añaden factores que inducen la diferenciación de OPC en oligodendrocitos y, en última instancia, en oligodendrocitos mielinizantes. [ 1 ] [ 2 ] Esto incluye la hormona tiroidea (T3), que ha demostrado inducir la generación de oligodendrocitos a partir de OPC in vivo. [ 1 ] [ 2 ] Los organoides se mantienen en suspensión, donde crecen y maduran hasta que se requieren para el análisis. Los fundamentos de este flujo de trabajo se utilizan generalmente para obtener organoides de mielina; sin embargo, varios protocolos que se basan en él han introducido múltiples modificaciones para diferentes propósitos. Madhavan et al. fue el primero en establecer un protocolo reproducible que permitió generar organoides con poblaciones robustas de OPC y oligodendrocitos, y por lo tanto mielinización; se les denomina organoides de mielina o mielinoides. [ 2 ]

Cronología de las moléculas pequeñas y los factores de crecimiento para la diferenciación y generación de células mielinoides.

Propiedades y componentes

La generación de organoides de mielina generalmente depende de factores de patrón neurocortical que establecen el marco estructural y celular necesario para la inducción de la oligodendrogénesis posteriormente en el protocolo de diferenciación. [ 2 ] Por lo tanto, las propiedades y componentes de los organoides de mielina en las primeras etapas de la diferenciación son muy similares a los observados en los organoides cerebrales, donde poblaciones de células progenitoras neurales, precursoras de neuronas y células gliales, comienzan a emerger y autoorganizarse en capas distintas que recapitulan características de la corteza durante la embriogénesis temprana. [ 3 ]

En estas etapas tempranas, los organoides de mielina comienzan a formar grandes estructuras neuroepiteliales continuas que abarcan una cavidad llena de líquido representativa de un ventrículo cerebral. [ 9 ] Las células progenitoras que rodean el supuesto ventrículo se organizan en distintas capas definidas por marcadores neuronales específicos que se vuelven más definidos a medida que el organoide madura. [ 9 ] Las capas incluyen una zona ventricular que rodea la cavidad con células que expresan PAX6, SOX2 y Ki67, seguida de la zona subventricular externa y la zona intermedia con células que expresan Ki-67 y TBR2, y finalmente la capa de la placa cortical con células que expresan CTIP2 , MAP2 y TBR1 . [ 3 ]

Después de la formación del patrón neurocortical, los factores de crecimiento del linaje de oligodendrocitos impulsan la expansión de poblaciones nativas de OPC distribuidas causando un aumento sustancial en su número que expresan SOX6 , SOX10 y OLIG2 , marcadores de inducción glial y especificación de OPC. [ 2 ] A medida que el organoide de mielina madura, las células OPC se diferencian en oligodendrocitos que expresan la proteína proteolipídica 1 ( PLP1 ), el componente predominante de la mielina, y MYRF25, un factor de transcripción específico de oligodendrocitos . [ 2 ] Los oligodendrocitos se distribuyen por todas las capas neuronales, donde al madurar, sus prolongaciones expresan MBP y CNP (un marcador temprano de mielinización), comienzan a extenderse para envolver y mielinizar los axones que los rodean. La mielina experimenta maduración, refinamiento y compactación que finalmente conducen a la formación de redes neuronales funcionales con lamelas de mielina compactamente envueltas. [ 1 ] [ 2 ] La maduración posterior de la mielina conduce a subdominios axonales distintos con una unión axoglial paranodal (PNJ) y un nódulo de Ranvier . La observación del ensamblaje paranodal y nodal depende del protocolo; algunos observan el ensamblaje paranodal y nodal, otros no. En general, los oligodendrocitos en organoides de mielina demuestran la capacidad de formar mielina compacta que envuelve y se organiza alrededor de los axones neuronales, recapitulando la arquitectura tridimensional de las redes axonales mielinizadas en humanos.

Aplicaciones

Modelado de enfermedades

Los mielinoides recapitulan diversos aspectos fundamentales del desarrollo cerebral y la mielinización, y por lo tanto, las enfermedades y patologías relacionadas. Por consiguiente, pueden utilizarse para modelar diversas enfermedades y comprender los mecanismos patológicos asociados a defectos de la mielina, incluidas las enfermedades neurodegenerativas, las lesiones del SNC, la PMD y la NFASC. [ 1 ] [ 2 ] [ 17 ]

Enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher (PMD)

La PMD es una enfermedad monogénica rara causada por varias mutaciones del gen de la proteína proteolipídica 1 (PLP1) ligado al cromosoma X. [ 26 ] La PLP1 es una proteína fundamental para la formación de mielina. La PMD se clasifica como una leucodistrofia, lo que significa que es una enfermedad que afecta la sustancia blanca del cerebro. Madhavan et al. probaron qué tan bien su sistema mielinoide podía recapitular la patología celular establecida de la PMD. Los organoides se derivaron de tres pacientes con diferente gravedad de la enfermedad, donde el sujeto con una deleción, una duplicación y una mutación puntual tenían fenotipos leves, moderados y graves, respectivamente. [ 2 ] Sus resultados demostraron que los esferoides oligocorticales mielinizantes generados recapitularon los grados de patología celular asociados con las variantes genéticas, por lo tanto pueden servir como modelos para comprender las relaciones entre los genotipos y fenotipos de PMD, que aún no se han caracterizado completamente, por lo tanto pueden servir como modelos para comprender las relaciones entre los genotipos y fenotipos de PMD, que aún no se han caracterizado completamente. [ 2 ]

Mutación sin sentido de la neurofascina (NFASC)

El gen NFASC codifica una molécula de adhesión celular que participa en el crecimiento de neuritas y la fasciculación . [ 27 ] Además, NFASC participa en la organización del segmento de iniciación axonal y los nódulos de Ranvier durante el desarrollo. [ 27 ] Los pacientes con mutaciones sin sentido en NFASC presentan anomalías en la unión axo-glial paranodal (PNJ). [ 1 ] James et al. demostraron que los mielinoides derivados de pacientes presentaban una formación generalizada de mielinoides tanto en pacientes como en controles; sin embargo, como era de esperar, la PNJ en los mielinoides derivados de pacientes presentaba una formación paranodal alterada. [ 1 ]

Análisis de la estructura e integridad de la mielina

La estructura e integridad de la mielina son inherentemente difíciles de estudiar en humanos a nivel molecular. La resonancia magnética (RM) puede arrojar luz sobre las anomalías de la mielina en el cerebro humano; sin embargo, muchos estudios utilizan modelos animales para estudiar los cambios relacionados con la mielina en respuesta a variantes genéticas. Los mielinoides proporcionan un sistema tridimensional derivado de humanos para estudiar la estructura de la mielina. [ 2 ] La medición del número y la longitud de las vainas de mielina, la organización y estructura paranodal/nodal, el volumen y la compactación de la mielina, la identidad y composición celular, y la organización celular son métodos para cuantificar los cambios en la mielina. [ 1 ]

Pruebas de fármacos y terapias

Los estudios han demostrado que en los mielinoides, la mielinización humana puede manipularse farmacológicamente de forma cuantificable tanto a nivel celular como global en todos los mielinoides. [ 1 ] Por lo tanto, los organoides de mielina pueden utilizarse como modelo preclínico para evaluar fármacos y terapias candidatas asociadas a la mielina en un contexto fisiológicamente relevante para el ser humano. [ 2 ]

Fármacos promielinizantes

Los organoides de mielina pueden utilizarse para estudiar el potencial terapéutico de posibles estrategias de mielinización para individuos con enfermedades asociadas a la desmielinización, como las leucodistrofias y la esclerosis múltiple , una enfermedad desmielinizante autoinmune que afecta al SNC. [ 2 ] [ 28 ] [ 29 ] La clemastina y el ketoconazol son fármacos promielinizantes que actúan como potentes estimuladores de la generación de oligodendrocitos y la mielinización en modelos de roedores . Los efectos previamente conocidos de ambos fármacos se han reproducido utilizando organoides de mielina, ya que mejoraron y aceleraron la extensión y la tasa de generación, maduración y mielinización de oligodendrocitos en los organoides. [ 2 ]

moduladores de moléculas pequeñas de la vía de estrés de Er

Ciertas clases de enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher (PMD), la proteína proteolipídica 1 (PLP1) muestra retención perinuclear en oligodendrocitos. [ 30 ] La retención perinuclear de proteínas mal plegadas es un sello distintivo del estrés del retículo endoplasmático (RE), que podría estar implicado en la patología observada en PMD. [ 30 ] En un modelo mielinoide de enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher (PMD) desarrollado en 2018, el tratamiento con un modulador de las vías de estrés del RE llamado GSK2656157, un inhibidor de la proteína quinasa-R similar a la quinasa del RE, rescató parcialmente la retención perinuclear de PLP1 movilizándola lejos del RE y hacia los procesos de los oligodendrocitos. [ 2 ] Además, el tratamiento resultó en un aumento en el número de células que muestran expresión de MYRF, un factor de transcripción específico de oligodendrocitos, que se ha observado reducido en los oligodendrocitos de PMD en comparación con el control. [ 2 ]

Edición genética: CRISPR

En un modelo mielinoide de PMD causado por mutaciones puntuales en la proteína proteolipídica 1 (PLP1), una corrección CRISPR de la secuencia de tipo silvestre en las hPSC utilizadas para generarlo rescató algunos aspectos de la patología de PMD. [ 2 ] El tratamiento restauró la retención perinuclear de PLP1 y su movilización hacia las prolongaciones de los oligodendrocitos, e incrementó la cantidad de oligodendrocitos que expresan MYRF, un marcador específico de oligodendrocitos, a niveles similares a los observados en controles sanos. [ 2 ] Los organoides de mielina derivados de hPSC después de la corrección CRISPR de las mutaciones puntuales de PLP1 generaron mielina tras 20 semanas en cultivo. [ 2 ]

Análisis del genoma

La ómica tiene una amplia aplicación en organoides y, desde el desarrollo de la tecnología de organoides, se han utilizado análisis de transcriptoma, epigenoma, proteoma y metaboloma. [ 31 ] Además, se han estudiado la edición genética dirigida y las interacciones huésped-microbioma utilizando organoides. [ 31 ]

ómicas unicelulares

No es posible estudiar los patrones de expresión genética del cerebro en sujetos humanos, por lo que la capacidad de reproducir parte de la complejidad del cerebro humano in vitro permite investigar aspectos del desarrollo y las enfermedades humanas. La ómica unicelular es una herramienta poderosa que se ha utilizado para identificar diferentes subpoblaciones de células progenitoras de oligodendrocitos (OPC) y oligodendrocitos maduros en modelos de ratón que antes no estaban definidos. [ 32 ] Anteriormente se pensaba que la heterogeneidad de los oligodendrocitos era funcionalmente homogénea; sin embargo, se pueden caracterizar poblaciones celulares distintas a través de firmas transcripcionales específicas y perfiles de ontología genética .

El análisis de secuenciación de ARN de célula única (scRNA seq) de mielinoides generados en 2018 confirmó que existían poblaciones distintas de oligodendrocitos a lo largo de múltiples etapas de desarrollo en esferoides oligocorticales que coincidían estrechamente con los datos del transcriptoma de célula única obtenidos de la corteza fetal humana. [ 2 ] Debido a su estrecha semejanza transcriptómica con los datos del cerebro fetal humano, el panorama regulador de las células dentro de los organoides cerebrales puede aportar información sobre los mecanismos reguladores subyacentes que rigen el desarrollo del cerebro humano. [ 33 ]

En 2020, los investigadores describieron un método para obtener datos significativos de secuenciación de ARN de célula única (scRNA seq) y análisis de cromatina accesible a la transposasa mediante secuenciación (ATAC-seq) a partir de organoides cerebrales. [ 33 ] Es probable que el protocolo pueda aplicarse a organoides de mielina debido a la similitud biológica entre los organoides cerebrales y los mielinoides.

Orgo-seq

Orgo-seq es un marco que permite integrar datos de secuenciación de ARN masivo (bRNA) y ARN de célula única (scRNA) de organoides. [ 34 ] Esta plataforma se desarrolló para abordar los desafíos asociados con la fenotipificación de organoides y demostró su capacidad para identificar tipos celulares críticos y genes impulsores específicos de cada tipo celular involucrados en trastornos del neurodesarrollo y manifestaciones de enfermedades. [ 34 ]

Utilizando el marco Orgo-Seq, se emplearon tres conjuntos de datos (bRNA-seq de organoides derivados de donantes, datos de scRNA-seq de organoides cerebrales y cerebros fetales en estudios previos, y bRNA-seq del Proyecto BrainSpan de cerebros humanos post mortem) para estudiar las variantes del número de copias en el trastorno del espectro autista. Se aprovecharon varios conjuntos de datos para identificar los tipos de células presentes y los genes impulsores específicos de cada célula en los organoides derivados de pacientes.

Los organoides cerebrales sirven como un modelo derivado de humanos a través del cual se puede estudiar la variación genética y su impacto en procesos celulares específicos, así como su asociación con trastornos del neurodesarrollo y neurodegenerativos. [ 34 ] Específicamente, los mielinoides proporcionan un sistema para estudiar los efectos específicos del tipo celular en los oligodendrocitos que se ven alterados por variantes genéticas. En general, Orgo-Seq proporciona un marco cuantitativo y validado para investigar los genes impulsores y su papel en los trastornos neurológicos y neurodegenerativos. [ 34 ] En el futuro, Lim et al. pretenden desarrollar un marco de medicina de precisión para identificar redes genéticas y efectos de variantes genéticas en un sistema de organoides, que incluiría mielinoides, que recapitule el trasfondo genético exacto del paciente. [ 34 ]

Ventajas

  • Más relevante desde el punto de vista fisiológico para los humanos en comparación con los modelos animales.
  • Una recapitulación más fiel de la complejidad del cerebro humano que las monocapas de oligodendrocitos (sistema modelo 2D).
  • Contiene poblaciones de OPC y oligodendrocitos mielinizantes mucho más robustas en comparación con los organoides cerebrales (formación de mielina compacta).
  • Terapias personalizadas: Mielinoides derivados de células iPSC obtenidas de pacientes.

Ante la ausencia de tejido cerebral humano, los mielinoides ofrecen oportunidades sin precedentes para estudiar la oligogénesis y la mielinización. [ 17 ] Si bien los modelos animales son valiosos para estudiar enfermedades humanas, no reproducen completamente el desarrollo del cerebro humano y muestran muchas discrepancias que afectan su aplicabilidad a la fisiología humana. [ 20 ] Dada la semejanza de los organoides de mielina con el cerebro humano, se han propuesto como modelos que sirven de puente entre los modelos animales y la fisiología humana. [ 3 ]

Se han establecido otros sistemas de oligodendrocitos derivados de células madre pluripotentes humanas (hPSC), como los modelos de oligodendrocitos monocapa bidimensionales (2D). [ 2 ] Sin embargo, en comparación con los sistemas 2D, los organoides de mielina reproducen con mayor fidelidad la estructura y la funcionalidad del cerebro humano en desarrollo, al contener un microambiente más relevante desde el punto de vista fisiológico, incluyendo su citoarquitectura 3D, circuitos neuronales, interacciones celulares y un microambiente general más relevante desde el punto de vista fisiológico. [ 2 ] [ 3 ]

Si bien los organoides cerebrales forman la citoarquitectura y composición del cerebro, generalmente carecen de oligodendrocitos, las células responsables de la mielinización en el sistema nervioso central. [ 2 ] El protocolo mielinoides, desarrollado en 2018 y posteriormente modificado por otros, ofrece un método reproducible para generar organoides con poblaciones robustas de OPC y oligodendrocitos que reproducen las neuronas endógenas que forman redes neuronales funcionales recubiertas de mielina. [ 2 ] [ 19 ]

Finalmente, la capacidad de generar mielinoides a partir de células madre pluripotentes humanas derivadas de pacientes (células madre pluripotentes inducidas) ofrece importantes ventajas y oportunidades para explorar la patogénesis específica de cada paciente durante las etapas de desarrollo y maduración de los oligodendrocitos. Esto permite el desarrollo de enfoques terapéuticos personalizados. [ 2 ] [ 18 ]

Limitaciones

  • Variabilidad experimental
  • Protocolo de generación mielinoide prolongado
  • No se logran detectar todos los tipos de células ni ciertos fenotipos (por ejemplo, anomalías del comportamiento).
  • Galopes necróticos

Como ocurre con cualquier sistema modelo, los mielinoides tienen sus limitaciones. Debido a los métodos utilizados para generar los organoides, puede existir una gran variabilidad experimental. [ 18 ] Además, debido a la larga duración de la mielinización, optimizar la dosis de las moléculas y los tratamientos involucrados en el desarrollo de la mielina puede resultar difícil. [ 1 ] La ventaja del cribado de fármacos en este modelo conlleva sus propias limitaciones. Puede ser difícil escalar el experimento con mielinoides a una escala adecuada para el cribado de alto rendimiento debido a la larga duración de los protocolos y la eficiencia limitada. [ 18 ]

Los mielinoides capturan una gran cantidad de tipos celulares presentes in vivo; sin embargo, no capturan todos los tipos celulares. La microglía está ausente en algunos mielinoides, como se observó en el protocolo de 2021. [ 1 ] Los mielinoides tampoco capturan ninguna anomalía conductual.

Finalmente, un desafío con todos los cultivos de organoides es que dependen de la difusión para que los nutrientes lleguen a las células. Por lo tanto, muchos organoides desarrollarán un centro necrótico debido a la falta de nutrientes que llegan a las células más internas. [ 35 ] Recientemente, el desarrollo de organoides vascularizados ha sido de interés y podría aliviar este problema. [ 36 ] Sin embargo, los mielinoides descritos en los protocolos actuales no están vascularizados.

Referencias

  1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 James, Owen G .; Selvaraj, Bhuvaneish T.; Magnani, Dario; Burr, Karen; Connick, Peter; Barton, Samantha K.; Vasistha, Navneet A.; Hampton, David W.; Story, David; Smigiel, Robert; Ploski, Rafal; Brophy, Peter J.; ffrench-Constant, Charles; Lyons, David A.; Chandran, Siddharthan (3 de mayo de 2021). "Mielinoides derivados de iPSC para estudiar la biología de la mielina en humanos" . Developmental Cell . 56 (9): 1346–1358.e6. doi : 10.1016/j.devcel.2021.04.006 . PMC 8098746 . PMID 33945785 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 Madhavan, Mayur; Nevin, Zachary S.; Shick, H. Elizabeth; Garrison, Eric; Clarkson-Paredes, Cheryl; Karl, Molly; Clayton, Benjamin LL; Factor, Daniel C.; Allan, Kevin C.; Barbar, Lilianne; Jain, Tanya; Douvaras, Panagiotis; Fossati, Valentina; Miller, Robert H.; Tesar, Paul J. (septiembre de 2018). "Inducción de oligodendrocitos mielinizantes en esferoides corticales humanos" . Nature Methods . 15 (9): 700– 706. doi : 10.1038/ s41592-018-0081-4 . PMC 6508550. PMID 30046099 .  
  3. 1 2 3 4 5 6 Chew, Leon; Añonuevo, Adam; Knock, Erin (2022). "Generación de organoides cerebrales a partir de células madre pluripotentes humanas". Células progenitoras neuronales: métodos y protocolos . 2389 : 177–199 . doi : 10.1007/978-1-0716-1783-0_15 . PMID 34558011 . 
  4. ↑ Corrò, Claudia; Novellasdemunt, Laura; Li, Vivian SW (1 de julio de 2020). "Una breve historia de los organoides" . American Journal of Physiology. Cell Physiology . 319 (1): C151– C165. doi : 10.1152/ajpcell.00120.2020 . PMC 7468890. PMID 32459504 .  
  5. ↑ Suarez-Martinez, Elisa; Suazo-Sanchez, Irene; Celis-Romero, Manuel; Carnero, Amancio (1 de abril de 2022). " Cultivo 3D y de organoides en la investigación: fisiología, enfermedades genéticas hereditarias y cáncer" . Cell & Bioscience . 12 (1): 39. doi : 10.1186/s13578-022-00775-w . PMC 8973959. PMID 35365227 .  
  6. ↑ Kim, Jihoon; Koo, Bon-Kyoung; Knoblich, Juergen A. (octubre de 2020). "Organoides humanos: sistemas modelo para la biología y la medicina humanas" . Nature Reviews Molecular Cell Biology . 21 (10): 571– 584. doi : 10.1038/s41580-020-0259-3 . PMC 7339799. PMID 32636524 .  
  7. ↑ Homem, Catarina CF; Repic, Marko; Knoblich, Jürgen A. (noviembre de 2015). "Control de la proliferación en células madre y progenitoras neurales" . Nature Reviews Neuroscience . 16 (11): 647– 659. doi : 10.1038/nrn4021 . PMC 4667397. PMID 26420377 .  
  8. ↑ Lui, Jan H.; Hansen, David V.; Kriegstein, Arnold R. (8 de julio de 2011). "Desarrollo y evolución del neocórtex humano" . Cell . 146 (1): 18–36 . doi : 10.1016/j.cell.2011.06.030 . PMC 3610574. PMID 21729779 .  
  9. 1 2 3 Lancaster, Madeline A.; Renner, Magdalena; Martin, Carol-Anne; Wenzel, Daniel; Bicknell, Louise S.; Hurles, Matthew E.; Homfray, Tessa; Penninger, Josef M.; Jackson, Andrew P.; Knoblich, Juergen A. (septiembre de 2013). "Los organoides cerebrales modelan el desarrollo del cerebro humano y la microcefalia" . Nature . 501 ( 7467): 373– 379. Bibcode : 2013Natur.501..373L . doi : 10.1038/nature12517 . PMC 3817409. PMID 23995685 .  
  10. ↑ Muguruma, Keiko; Nishiyama, Ayaka; Kawakami, Hideshi; Hashimoto, Kouichi; Sasai, Yoshiki (febrero de 2015). "Autoorganización del tejido cerebeloso polarizado en el cultivo 3D de células madre pluripotentes humanas" . Cell Reports . 10 (4): 537– 550. doi : 10.1016/j.celrep.2014.12.051 . PMID 25640179 . 
  11. ^ Sakaguchi, Hideya; Kadoshima, Taisuke; Soen, Mika; Narii, Nobuhiro; Ishida, Yoshihito; Ohgushi, Masatoshi; Takahashi, junio; Eiraku, Mototsugu; Sasai, Yoshiki (17 de noviembre de 2015). "Generación de neuronas funcionales del hipocampo a partir de tejido telencefálico dorsomedial derivado de células madre embrionarias humanas autoorganizadas" . Comunicaciones de la naturaleza . 6 (1): 8896. Código bibliográfico : 2015NatCo...6.8896S . doi : 10.1038/ncomms9896 . PMC 4660208 . PMID 26573335 .  
  12. ↑ Jo, Junghyun; Xiao, Yixin; Sun, Alfred Xuyang; Cukuroglu, Engin; Tran, Hoang-Dai; Göke, Jonathan; Tan, Zi Ying; Saw, Tzuen Yih; Tan, Cheng-Peow; Lokman, Hidayat; Lee, Younghwan; Kim, Donghoon; Ko, Han Seok; Kim, Seong-Oh; Park, Jae Hyeon; Cho, Nam-Joon; Hyde, Thomas M.; Kleinman, Joel E.; Shin, Joo Heon; Weinberger, Daniel R.; Tan, Eng King; Je, Hyunsoo Shawn; Ng, Huck-Hui (4 de agosto de 2016). "Organoides similares al mesencéfalo derivados de células madre pluripotentes humanas contienen neuronas dopaminérgicas funcionales y productoras de neuromelanina" . Cell Stem Cell . 19 (2): 248– 257. doi : 10.1016/j.stem.2016.07.005 . PMC 5510242 . PMID 27476966 .  
  13. ↑ Kaluthantrige Don, Flaminia; Kalebic, Nereo (2022). "Organoides del prosencéfalo para modelar la biología celular de la glía radial basal en trastornos del neurodesarrollo y evolución cerebral" . Frontiers in Cell and Developmental Biology . 10 917166. doi : 10.3389/fcell.2022.917166 . PMC 9237216. PMID 35774229 .  
  14. ^ Huang, Wei-Kai; Wong, Samuel Zheng Hao; Pather, Sarshan R.; Nguyen, Phuong TT; Zhang, Feng; Zhang, Daniel Y.; Zhang, Zhijian; Lu, Lu; Colmillo, Wanqi; Chen, Luyun; Fernandes, Analiese; Su, Yijing; Canción, Hongjun; Ming, Guo-li (septiembre de 2021). "Generación de organoides arqueados hipotalámicos a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos" . Célula madre celular . 28 (9): 1657–1670.e10. doi : 10.1016/j.stem.2021.04.006 . PMC 8419002 . PMID 33961804 .  
  15. ↑ Eichmüller, Oliver L.; Knoblich, Juergen A. (noviembre de 2022). "Organoides cerebrales humanos: una nueva herramienta para la investigación en neurología clínica" . Nature Reviews Neurology . 18 (11): 661– 680. doi : 10.1038/s41582-022-00723-9 . PMC 9576133. PMID 36253568 .  
  16. ↑ Marton, Rebecca M.; Miura, Yuki; Sloan, Steven A.; Li, Qingyun; Revah, Omer; Levy, Rebecca J.; Huguenard, John R.; Pașca, Sergiu P. (marzo de 2019). "Diferenciación y maduración de oligodendrocitos en cultivos neuronales tridimensionales humanos" . Nature Neuroscience . 22 (3): 484– 491. doi : 10.1038/s41593-018-0316-9 . PMC 6788758. PMID 30692691 .  
  17. 1 2 3 Kim, Hyosung; Xu, Ranjie; Padmashri, Ragunathan; Dunaevsky, Anna; Liu, Ying; Dreyfus, Cheryl F.; Jiang, Peng (14 de mayo de 2019). "Organoides cerebrales derivados de células madre pluripotentes revelan oligodendrogénesis humana con orígenes dorsales y ventrales" . Stem Cell Reports . 12 (5): 890– 905. doi : 10.1016/j.stemcr.2019.04.011 . PMC 6524754. PMID 31091434 .  
  18. 1 2 3 4 Marangón, Davide; Caporale, Nicolò; Boccazzi, Marta; Abbracchio, María P.; Testa, Giuseppe; Lecca, Davide (2021). "Nuevos enfoques experimentales in vitro para estudiar la mielinización y remielinización en el sistema nervioso central" . Fronteras de la neurociencia celular . 15 748849.doi : 10.3389/ fncel.2021.748849 . PMC 8551863 . PMID 34720882 .  
  19. 1 2 3 4 Shaker, Mohammed R.; Pietrogrande, Giovanni; Martin, Sally; Lee, Ju-Hyun; Sun, Woong; Wolvetang, Ernst J. (2021). "Generación rápida y eficiente de oligodendrocitos humanos mielinizantes en organoides" . Frontiers in Cellular Neuroscience . 15 631548. doi : 10.3389/fncel.2021.631548 . PMC 8010307. PMID 33815061 .  
  20. 1 2 3 Shou, Yikai; Liang, Feng; Xu, Shunliang; Li, Xuekun (2020). "La aplicación de organoides cerebrales: del desarrollo neuronal a las enfermedades neurológicas" . Frontiers in Cell and Developmental Biology . 8 579659. doi : 10.3389/fcell.2020.579659 . PMC 7642488. PMID 33195219 .  
  21. 1 2 3 Lancaster, Madeline A.; Knoblich, Juergen A. (octubre de 2014). "Generación de organoides cerebrales a partir de células madre pluripotentes humanas" . Nature Protocols . 9 (10): 2329– 2340. doi : 10.1038/nprot.2014.158 . PMC 4160653. PMID 25188634 .  
  22. ↑ Chambers, Stuart M.; Fasano, Christopher A.; Papapetrou, Eirini P.; Tomishima, Mark; Sadelain, Michel; Studer, Lorenz (marzo de 2009). "Conversión neuronal altamente eficiente de células ES e iPS humanas mediante la inhibición dual de la señalización SMAD" . Nature Biotechnology . 27 (3): 275– 280. doi : 10.1038/nbt.1529 . PMC 2756723. PMID 19252484 .  
  23. 1 2 3 4 5 Paşca, Anca M.; Sloan, Steven A.; Clarke, Laura E.; Tian, ​​Yuan; Makinson, Christopher D.; Huber, Nina; Kim, Chul Hoon; Park, Jin-Young; O'Rourke, Nancy A.; Nguyen, Khoa D.; Smith, Stephen J.; Huguenard, John R.; Geschwind, Daniel H.; Barres, Ben A.; Paşca, Sergiu P. (julio de 2015). " Neuronas corticales funcionales y astrocitos de células madre pluripotentes humanas en cultivo 3D" . Nature Methods . 12 (7): 671– 678. doi : 10.1038/nmeth.3415 . PMC 4489980. PMID 26005811 .  
  24. ↑ Ciccolini, Francesca; Svendsen, Clive N. (1 de octubre de 1998). "El factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF-2) promueve la adquisición de la respuesta al factor de crecimiento epidérmico (EGF) en células precursoras estriatales de ratón: identificación de precursores neuronales que responden tanto a EGF como a FGF-2" . Journal of Neuroscience . 18 (19): 7869– 7880. doi : 10.1523/JNEUROSCI.18-19-07869.1998 . PMC 6792996. PMID 9742155 .  
  25. ↑ Marsters, Candace M.; Rosin, Jessica M.; Thornton, Hayley F.; Aslanpour, Shaghayegh; Klenin, Natasha; Wilkinson, Grey; Schuurmans, Carol; Pittman, Quentin J.; Kurrasch, Deborah M. (18 de noviembre de 2016). "Desarrollo de oligodendrocitos en el hipotálamo tuberal embrionario y la influencia de Ascl1" . Neural Development . 11 (1): 20. doi : 10.1186/s13064-016-0075-9 . PMC 5116181. PMID 27863528 .  
  26. ↑ Hobson, Grace M.; Garbern, James Y. (febrero de 2012). "Enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher, enfermedad similar a Pelizaeus-Merzbacher 1 y trastornos hipomielinizantes relacionados". Seminars in Neurology . 32 (1): 062– 067. doi : 10.1055/s-0032-1306388 . PMID 22422208. S2CID 25529422 .  
  27. 1 2 "Gen NFASC - Neurofascina" . Fichas genéticas. La base de datos de genes humanos .
  28. ↑ Nobuta, Hiroko; Stockley, John H.; Rowitch, David H. (4 de octubre de 2018). "Nuevas recetas para oligodendrocitos mielinizantes" . Cell Stem Cell . 23 (4): 464– 465. doi : 10.1016/j.stem.2018.09.011 . PMID 30290175. S2CID 52923945 .  
  29. ↑ Ransohoff, Richard M. (agosto de 2012). " Modelos animales de esclerosis múltiple: lo bueno, lo malo y la conclusión" . Nature Neuroscience . 15 (8): 1074– 1077. doi : 10.1038/nn.3168 . PMC 7097342. PMID 22837037 .  
  30. 1 2 Nevin, Zachary S.; Factor, Daniel C.; Karl, Robert T.; Douvaras, Panagiotis; Laukka, Jeremy; Windrem, Martha S.; Goldman, Steven A.; Fossati, Valentina; Hobson, Grace M.; Tesar, Paul J. (6 de abril de 2017). "Modelado de los paisajes mutacionales y fenotípicos de la enfermedad de Pelizaeus-Merzbacher con oligodendrocitos derivados de iPSC humanas" . The American Journal of Human Genetics . 100 (4): 617– 634. doi : 10.1016/j.ajhg.2017.03.005 . PMC 5384098. PMID 28366443 .  
  31. 1 2 Yin, Yuebang; Liu, Peng-Yu; Shi, Yinghua; Li, Ping (2021). «Secuenciación de células individuales y organoides: una poderosa combinación para modelar el desarrollo de órganos y enfermedades». Reviews of Physiology, Biochemistry and Pharmacology . 179 : 189–210 . doi : 10.1007/112_2020_47 . ISBN 978-3-030-74288-1. PMID 33619630 . S2CID 232020007 .  
  32. ↑ Beiter, Rebecca M.; Rivet-Noor, Courtney; Merchak, Andrea R.; Bai, Robin; Johanson, David M.; Slogar, Erica; Sol-Church, Katia; Overall, Christopher C.; Gaultier, Alban (28 de julio de 2022). "Evidencia de heterogeneidad de células progenitoras de oligodendrocitos en el cerebro del ratón adulto" . Scientific Reports . 12 (1): 12921. Bibcode : 2022NatSR..1212921B . doi : 10.1038/s41598-022-17081-7 . PMC 9334628. PMID 35902669 .  
  33. 1 2 Kanton, Sabina; Treutlein, Barbara; Camp, J. Gray (2020). "Análisis genómico unicelular de organoides cerebrales humanos". Modelos de organoides derivados de células madre pluripotentes humanas . Métodos en biología celular. Vol. 159. págs. 229–256 . doi : 10.1016/bs.mcb.2020.03.013 . ISBN   978-0-12-821531-9. PMID 32586444 . S2CID 219436709 .  
  34. 1 2 3 4 5 Lim, Elaine T.; Chan, Yingleong; Dawes, Pepper; Guo, Xiaoge; Erdin, Serkan; Tai, Derek JC; Liu, Songlei; Reichert, Julia M.; Burns, Mannix J.; Chan, Ying Kai; Chiang, Jessica J.; Meyer, Katharina; Zhang, Xiaochang; Walsh, Christopher A.; Yankner, Bruce A.; Raychaudhuri, Soumya; Hirschhorn, Joel N.; Gusella, James F.; Talkowski, Michael E.; Church, George M. (10 de junio de 2022). "Orgo-Seq integra datos transcriptómicos de células individuales y en masa para identificar genes impulsores específicos del tipo celular asociados con el trastorno del espectro autista" . Nature Communications . 13 (1): 3243. Bibcode : 2022NatCo..13.3243L . doi : 10.1038/ s41467-022-30968-3 . PMC 9187732. PMID 35688811 .  
  35. ↑ Kelava, Iva; Lancaster, Madeline A. (15 de diciembre de 2016). "Repartiendo minicerebros: progreso actual y perspectivas futuras en la investigación de organoides cerebrales" . Biología del Desarrollo . 420 (2): 199– 209. doi : 10.1016/j.ydbio.2016.06.037 . PMC 5161139. PMID 27402594 .  
  36. ↑ Zhao, Xingli; Xu, Zilu; Xiao, Lang; Shi, Tuo; Xiao, Haoran; Wang, Yeqin; Li, Yanzhao; Xue, Fangchao; Zeng, Wen (12 de abril de 2021). "Revisión sobre la vascularización de organoides y organoides en un chip" . Fronteras en Bioingeniería y Biotecnología . 9 637048.doi : 10.3389/ fbioe.2021.637048 . PMC 8072266 . PMID 33912545 .