Engenharia de células semelhantes à microglia induzidas por sangue humano para pesquisa cerebral de tradução reversa

Nos últimos anos, foi sugerido que a inflamação cerebral assume papéis fundamentais na fisiopatologia de vários distúrbios cerebrais e neuropsiquiátricos; as microglias foram destacadas como células-chave imunomoduladoras por análise cerebral post-mortem humana e técnicas de bioimagem baseadas em tomografia por emissão de pósitrons (PET) 1,2,3,4. As análises cerebrais post-mortem e de imagem PET revelam achados significativos; No entanto, no entanto, essas abordagens são ineficientes em termos de capturar as atividades moleculares dinâmicas da microglia humana no cérebro em sua totalidade. Portanto, novas estratégias são necessárias para permitir a avaliação abrangente das funções e disfunções microgliais humanas nos níveis molecular e celular.

Em 2014, originalmente projetamos uma nova técnica para produzir células semelhantes à microglia diretamente induzidas (iMG) ^5,6, antes da primeira publicação de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (iPSC) derivadas de células semelhantes à microglia em 2016⁷. Em apenas 2 semanas, convertemos com sucesso monócitos do sangue periférico humano em células iMG, otimizando as citocinas, o fator estimulador de colônias de granulócitos-macrófagos (GM-CSF) e a interleucina 34 (IL-34). Quando desenvolvemos essa técnica, o método inovador de reprogramação de indução de células neuronais a partir de células iPS ou fibroblastos estava apenas começando a prevalecer no mundo 8,9,10,11. No entanto, naquela época, um método para induzir células microgliais derivadas de iPS ainda não havia sido relatado, e a geração de um modelo microglial derivado de células somáticas humanas era desejada. Uma vez que citocinas como GM-CSF e IL-34, fator estimulador de colônias de macrófagos, foram relatadas como necessárias para o desenvolvimento e manutenção da microglia 12,13,14,15, hipotetizamos que uma combinação dessas citocinas poderia ser aplicada diretamente para gerar um modelo celular microglial a partir de monócitos sanguíneos. Finalmente, conseguimos desenvolver um modelo de microglia derivada de monócitos combinando GM-CSF e IL-34⁵. Além disso, algumas dessas combinações de citocinas também são empregadas para induzir a microglia a partir de células iPS ^7,16 e são consideradas um fator importante na aquisição de características microgliais.

Ao contrário dos métodos iPSC, as células iMG não requerem nenhuma modificação genética e podem ser geradas em um tempo muito curto por simples indução química, resultando em menor tempo e custos financeiros. Além disso, as células iMG não requerem reprogramação genética, por isso acreditamos que as células iMG são células substitutas potentes para avaliar não apenas as características, mas também os estados da microglia humana. No artigo inicial sobre a técnica iMG em 2014, confirmamos que as células iMG exibem um fenótipo de micróglia humana, que pode ser distinto de monócitos e macrófagos. Por exemplo, as células iMG exibiram uma taxa de superexpressão do receptor de quimiocina CX3C 1 (CX3CR1) e do receptor de quimiocina CC tipo 2 (CCR2) do que monócitos e marcadores típicos da microglia, incluindo proteína transmembrana 119 (TMEM 119) e receptor purinérgico P2RY12 ^5,17. Recentemente, validamos que as células iMG derivadas do sangue periférico se assemelham à micróglia cerebral em seu perfil de expressão gênica de marcadores microgliais bem conhecidos no mesmo paciente submetido a cirurgias cerebrais¹⁸. As células iMG podem ser analisadas quanto a funções dinâmicas em nível molecular, como fagocitose e produção de citocinas, e espera-se que compensem as desvantagens da pesquisa cerebral post-mortem e estudos de PET.

Descobrimos mecanismos fisiopatológicos dinâmicos anteriormente desconhecidos envolvendo a micróglia em pacientes diagnosticados com doença de Nasu-Hakola⁵, fibromialgia¹⁹, transtorno bipolar^20,21 ou doença de Moyamoya²². Além disso, com base em nossa metodologia original, vários laboratórios empregaram as células iMG (alguns laboratórios designaram nomes alternativos para essas células) como uma ferramenta crucial de pesquisa de tradução reversa^{23 , 24 , 25 , 26 , 27} . Sellgren et al. geraram com sucesso células iMG em conformidade com nossas recomendações e conduziram uma análise de microarray, que revelou que essas células se assemelham muito à microglia do cérebro humano²³. Recentemente, confirmamos a semelhança entre as células iMG humanas e a micróglia primária do cérebro usando sequenciamento de RNA¹⁸.

Este estudo teve como objetivo documentar a metodologia para gerar células iMG a partir do sangue periférico humano para facilitar a pesquisa de tradução reversa focada em doenças neuropsiquiátricas. Esta técnica apresenta potencial como uma ferramenta analítica razoável que pode produzir sem esforço modelos celulares microgliais em um curto período, mesmo em laboratórios mal equipados que não possuem aparelhos de transferência de genes ou pessoal proficiente.