Reconstrucción de la barrera hematoencefálica in vitro para modelar y atacar terapéuticamente la enfermedad neurológica

La barrera hematoencefálica (BHE) es una red microvascular clave que separa el sistema nervioso central (SNC) de la periferia para mantener un entorno ideal para una función neuronal adecuada. Tiene un papel fundamental en la regulación de la entrada y salida de sustancias en el SNC mediante el mantenimiento de la homeostasis metabólica 1,2,3,4, la eliminación de desechos ^4,5,6 y la protección del cerebro de patógenos y toxinas ^7,8.

El tipo de célula primaria de la BHE es la célula endotelial (CE). Las células endoteliales, derivadas del linaje del mesodermo, forman las paredes de la vasculatura ^1,9. Las CE microvasculares forman uniones estrechas entre sí para disminuir en gran medida la permeabilidad de su membrana 10,11,12,13,14 mientras expresan transportadores para facilitar el movimiento de nutrientes dentro y fuera del SNC 1,4,12,14 . Las CE microvasculares están rodeadas por células murales de pericitos (PC) que regulan la función microvascular y la homeostasis y son fundamentales para regular la permeabilidad de la BHE a las moléculas y células inmunitarias 15,16,17. El astrocito, un tipo de célula glial importante, es el último tipo de célula que comprende la BHE. Los pies terminales de los astrocitos se envuelven alrededor de los tubos vasculares EC-PC, mientras que los cuerpos celulares se extienden hacia el parénquima cerebral, formando una conexión entre las neuronas y la^vasculatura. En los extremos de los astrocitos (p. ej., acuaporina 4 [AQP-4]) se localizan distintos transportadores de solutos y sustratos que tienen un papel crítico en la función de la BHE 18,19,20,21.

La BHE es fundamental para mantener la función adecuada de la salud cerebral, y se ha descrito una disfunción de la BHE en muchas enfermedades neurológicas, como la enfermedad de Alzheimer (EA)22,23,24,25, la esclerosis múltiple 7,26,27,28, la epilepsia ^29,30 y el accidente cerebrovascular^31,32. Cada vez se reconoce más que las anomalías cerebrovasculares desempeñan un papel central en la neurodegeneración, contribuyendo a una mayor susceptibilidad a los eventos isquémicos y hemorrágicos. Por ejemplo, más del 90% de los pacientes con EA tienen angiopatía amiloide cerebral (AAC), una afección caracterizada por el depósito de β amiloide (Aβ) a lo largo de la vasculatura cerebral. La AAC aumenta la permeabilidad a la BHE y disminuye la función de la BHE, dejando al SNC vulnerable a la isquemia, los eventos hemorrágicos y el deterioro cognitivo acelerado³³.

Recientemente hemos desarrollado un modelo in vitro de la BHE humana, derivado de células madre pluripotentes inducidas por el paciente, que incorpora CEs, PCs y astrocitos encapsulados en una matriz 3D (Figura 1A). El iBBB recapitula las interacciones fisiológicamente relevantes, incluyendo la formación del tubo vascular y la localización de los extremos de los astrocitos con la vasculatura²⁴. Se aplicó el iBBB para modelar la susceptibilidad de la AAC mediada por APOE4 (Figura 1B). Esto nos permitió identificar los mecanismos celulares y moleculares causales por los cuales APOE4 promueve la AAC, y aprovechar estos conocimientos para desarrollar estrategias terapéuticas que reduzcan la patología de la AAC y mejoren el aprendizaje y la memoria in vivo en ratones APOE4²⁴. Aquí, proporcionamos un protocolo detallado y un video tutorial para reconstruir la BHE a partir de iPSC humanas y modelar CAA in vitro.