Apariția modelelor miniaturale de ficat gras uman în 3D generate în laboratorul de medicină și știință

Alexandra Collin de l'Hortet 1 * și Hélène Gilgenkrantz 2

ficat

1 Departamentul de patologie, Universitatea din Pittsburgh, Pittsburgh, PA, SUA
2 Universitatea din Paris, Centrul de cercetare asupra inflamației, Inserm-UMR1149, 75018 Paris, Franța

Organoidele sunt o abordare de alegere pentru modelare macar bolii umane și testarea eficacității terapeutice a anumitor medicamente. Steatopatia metabolică sau boala hepatică grasă, a cărei incidență a crescut considerabil odată cu creșterea obezității în țările dezvoltate, se caracterizează prin acumularea de trigliceride în hepatocite și leziuni hepatice care pot evolua spre fibroză. Nu există un tratament eficient, dar se explorează multe căi. Două echipe americane au folosit recent celulele stem pluripotente induse (iPS) și cultura muticelulară pentru a modela un mini-ficat steatotic prin două abordări diferite, oferind astfel noi instrumente pentru testarea medicamentelor aflate în curs de dezvoltare.

Organoidele oferă o abordare elegantă pentru a modela bolile umane și pentru a testa noi medicamente. Boala hepatică grasă nealcoolică (NAFLD) a cărei incidență a crescut dramatic în ultimii ani odată cu creșterea obezității, este definită de acumularea de trigliceride în hepatocite, inflamație, leziuni hepatice și progresia către fibroză. În prezent, nu există terapie aprobată, dar sunt explorate multe căi. Două echipe americane au creat ficatei mini-steatotici folosind abordări diferite, ambele folosind celule stem pluripotente induse (iPS), oferind astfel noi instrumente pentru testarea medicamentelor în curs de dezvoltare.


Articol publicat în condițiile definite de licența de atribuire Creative Commons CC-BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), care autorizează fără restricții utilizarea, distribuirea și reproducerea pe orice suport, fie sub rezerva citării corecte din publicația originală.

Epidemia globală de obezitate provoacă o creștere îngrijorătoare a numărului de persoane cu boli de ficat gras, cunoscute și sub denumirea de NAFLD (boală hepatică grasă nealcoolică) [1]. NAFLD se caracterizează printr-o acumulare excesivă de trigliceride în hepatocite. Poate evolua spre steatohepatită sau NASH (steatohepatită nealcoolică), apoi la ciroză și complicațiile acesteia, hepatocarcinom și insuficiență hepatocelulară. Această boală este asimptomatică în etapele NAFLD și NASH, ceea ce întârzie adesea diagnosticul său. Studiul său este, de asemenea, complex, datorită, pe de o parte, originii sale multifactoriale, combinând factorii de mediu (sedentarism, dietă) și genetici (predispoziția regulatorilor metabolici ai ficatului) [2] și, pe de altă parte, relevanța de modele murine care sunt utilizate în principal, dar a căror dietă și metabolism diferă de cele ale oamenilor [3]. Astfel, studiile terapeutice ale moleculelor rezultate din studiile preclinice au avut cel mai adesea rezultate neconcludente, chiar uneori contradictorii [4].

Pentru a depăși această dificultate, au apărut noi abordări experimentale, care combină cele mai noi tehnici de diferențiere celulară cu cele ale culturilor multicelulare [5, 6] (→).

(→) Vezi Sinteza lui J.L. Galzi și colab., Domnișoară nr.5, mai 2019, pagina 467

Mini-organele umane au fost astfel dezvoltate în laborator din celule stem pluripotente induse (celule iPS) [6, 7]. Aceste instrumente au devenit rapid deosebit de valoroase pentru modelarea bolilor umane. Astfel, recent, două studii de „dovadă a conceptului” au evidențiat potențialul acestor noi tehnici în înțelegerea noastră a NAFLD.

IPS cu deficit de sirtuină pentru modelarea unui mini-ficat steatotic uman

În primul studiu, pe care l-am publicat în jurnal Metabolismul celular, echipa noastră (Departamentul de patologie, Universitatea din Pittsburgh, Statele Unite) au urmărit modelarea steatozei pe un mini-organ uman. În acest scop, am investigat rolul unui regulator metabolic al sirtuin 1 deacetilazei (SIRT1) în dezvoltarea NAFLD [8]. SIRT1 este de fapt cunoscut că exercită un rol protector în ceea ce privește steatoza hepatică, prin modularea diferitelor căi de semnalizare metabolică, în special în țesutul adipos și în ficat. De asemenea, joacă un rol antiinflamator în celulele macrofage, ceea ce explică de ce, în absența sa, inflamația și stresul oxidativ contribuie la progresia NAFLD către NASH [9] (→).

(→) Vezi Știrile lui H. Gilgenkrantz și C. Perret, Domnișoară nr. 3, martie 2012, pagina 269

Prin urmare, am modificat celulele iPS umane pentru a controla expresia SIRT1 la cerere. Pentru a construi un mini-ficat uman, am folosit tehnica decelularizării unui ficat de șobolan [10] (→)

(→) Vezi Brief-ul de H. Gilgenkrantz, Domnișoară nr. 10, octombrie 2010, pagina 819

pentru a obține o matrice de celule care susține diferite tipuri de celule, inclusiv hepatocite umane derivate din IPS, macrofage, fibroblaste, celule stem mezenchimale și celule endoteliale.

Interesul modelelor de mini-ficat steatotic în tratamentul NAFLD. Apariția modelelor de mini-ficat uman derivat din celule stem pluripotente induse are potențialul de a fi utilizat pentru: (1) testarea rolului anumitor gene în originea NAFLD prin modificarea genetică a celulelor iPS sănătoase (2), model mini- ficat din celule stem de la pacienți cu ficat steatotic, pentru a testa tratamente personalizate.

Hepatocitele umane derivate din iPS și invalidate pentru expresia SIRT1 au fost utilizate pentru a genera astfel de mini-ficati. Analiza acestora din urmă a arătat că au înghițit rapid picăturile de lipide, modelând astfel boala hepatică grasă macro-veziculară, însoțită de un profil de răspuns proinflamator al celulelor asociate. Comparația profilului lipidic conținut în acești mini-ficăci steatotici reconstituiți, cu ficatul steatotic uman, a relevat o supraîncărcare de lipide identice și analiza căilor metabolice induse, activarea majorității (41 din 50) a căilor stimulate într-un ficat steatotic uman. Pentru a studia tranziția dintre steatohepatită și fibroză, va fi interesant să se integreze în viitor în acest model principalele celule producătoare de matrice extracelulară, celulele stelate. Între timp, această strategie inovatoare de modificare genetică a celulelor iPS umane pentru a studia rolul anumitor gene ar putea fi deja testată pentru a crea alte țesuturi și a modela alte boli.

IPS de la pacienții cu boala Wollman sursă de organoizi hepatici steatotici

Una dintre limitările acestui studiu pentru a confirma relevanța preclinică a acestei abordări este, totuși, lipsa caracterizării funcționale a țesutului obținut. Această nouă tehnologie ar putea deveni în viitor un instrument personalizat de medicină, oferind posibilitatea de a testa diferite tratamente à la carte pentru fiecare pacient.

Concluzie

Indiferent de tipul abordării utilizate pentru modelarea NAFLD/NASH pe țesut uman, aceste tehnologii sunt încă experimentale și trebuie optimizate. De fapt, diferențierea hepatocitelor a celulelor iPS pare încă incompletă, permițând obținerea numai a celulelor hepatice imature, la jumătatea distanței dintre hepatocitele fetale și hepatocitele adulte. Mai mult, dispunerea celulelor care formează mini-organul nu este întotdeauna optimă și induce variabilitatea fenotipică între modele. În cele din urmă, mini-ficatul steatotic pe care l-am descris aici au o durată de viață limitată, care este mult mai mică decât cea necesară pentru dezvoltarea bolilor hepatice, al căror spectru, în special evoluția către ciroză sau carcinom hepatocelular, nu există. nereprodus în întregime. Cu toate acestea, incidența rampantă a NASH și lipsa unui tratament eficient pentru a opri progresia acesteia justifică deja pe deplin utilizarea acestor modele de ficat uman steatotic pentru înțelegerea bolii și dezvoltarea de noi ținte terapeutice.

Link-uri de interes

Autorii declară că nu au nicio legătură de interes cu privire la datele publicate în acest articol.

Referințe

  1. Spengler EK, Loomba R. Recomandări pentru diagnostic, recomandare pentru biopsie hepatică și tratamentul bolilor hepatice grase nealcoolice și steatohepatitei nealcoolice. Clinica Mayo Proc 2015; 90: 1233–1246. [CrossRef] [Google Scholar]
  2. Byrne CD, Targher G. NAFLD: o boală multisistemică. J Hepatol 2015; 62: S47 - S64. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  3. Van Herck MA, Vonghia L, Francque SM. Modele animale de boală hepatică grasă nealcoolică. Un ghid pentru începători. Nutrienți 2017; 9: 1072. [CrossRef] [Google Scholar]
  4. Ding RB, Bao J, Deng CX. Rolurile emergente ale SIRT1 în bolile hepatice grase. Intern J Biol Sci 2017; 13: 852–867. [CrossRef] [Google Scholar]
  5. Galzi JL, Jouault T, Amédée J. Organoids: mini-organe în serviciul biomedicinei. Med Sci (Paris) 2019; 34: 467–469. [Google Scholar]
  6. Prior N, Inacio P, Huch M. Organoizi hepatici: de la cercetarea de bază la aplicații terapeutice. Gut 2019; 68: 2228-2237. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  7. Beckwitt CH, Clark AM, Wheeler S și colab. Ficat, organ pe un cip. Exp Cell Res 2018; 363: 15-25. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  8. Collin de Hortet A, Takeishi K, Guzman-Lepe J, și colab. Generarea de ficat gras uman folosind celule stem pluripotente induse personalizate cu metabolism SIRT1 modificabil. Cell Metab 2019; 30: 385-401. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  9. Gilgenkrantz H, Perret H. Tăcerea vorbitoare a sirtuinei 1. Med Sci (Paris) 2012; 28: 269-271. [CrossRef] [Științe EDP] [PubMed] [Google Scholar]
  10. Gilgenkrantz H . Un transplant de ficat implantabil derivat dintr-o matrice decelularizată. Med Sci (Paris) 2010; 10: 819. [Google Scholar]
  11. Ouchi R, Togo S, Kimura M, și colab. Modelarea steatohepatitei la om cu organoizi derivati ​​din celule stem pluripotente. Cell Metab 2019; 30: 374–384. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]

lista figurilor

Interesul modelelor de mini-ficat steatotic în tratamentul NAFLD. Apariția modelelor de mini-ficat uman derivat din celule stem pluripotente induse are potențialul de a fi utilizat pentru: (1) testarea rolului anumitor gene în originea NAFLD prin modificarea genetică a celulelor iPS sănătoase (2), model mini- ficat din celule stem de la pacienți cu ficat steatotic, pentru a testa tratamente personalizate.

Valorile de utilizare curente arată numărul cumulat de vizualizări de articole (vizualizări de articole cu text integral, inclusiv vizualizări HTML, descărcări PDF și ePub, în ​​funcție de datele disponibile) și vizualizări rezumate pe platforma Vision4Press.

Datele corespund utilizării pe platformă după 2015. Valorile de utilizare curente sunt disponibile 48-96 de ore după publicarea online și sunt actualizate zilnic în zilele săptămânii.

Descărcarea inițială a valorilor poate dura ceva timp.