Reconstrução da Barreira Hematoencefálica In Vitro para Modelar e Combater Terapeuticamente a Doença Neurológica

A barreira hematoencefálica (BHE) é uma rede microvascular chave que separa o sistema nervoso central (SNC) da periferia para manter um ambiente ideal para a função neuronal adequada. Tem papel fundamental na regulação do influxo e efluxo de substâncias para o SNC, mantendo a homeostase metabólica 1,2,3,4, eliminando resíduos ^4,5,6 e protegendo o cérebro de patógenos e toxinas ^7,8.

O tipo celular primário da BHE é a célula endotelial (CE). As células endoteliais, derivadas da linhagem mesodérmica, formam as paredes da vasculatura ^1,9. As CE microvasculares formam tight junctions entre si para diminuir significativamente a permeabilidade de sua membrana 10,11,12,13,14 enquanto expressam transportadores para facilitar o movimento de nutrientes para dentro e para fora do SNC 1,4,12,14 . As CE microvasculares são circundadas por células murais de pericitos (PCs) que regulam a função microvascular e a homeostase e são fundamentais para regular a permeabilidade da BHE a moléculas e células imunes 15,16,17. O astrócito, um dos principais tipos de células gliais, é o tipo celular final que compreende a BHE. As extremidades dos astrócitos envolvem os tubos vasculares do PC-CE, enquanto os corpos celulares se estendem para o parênquima cerebral, formando uma conexão entre os neurônios e a vasculatura¹. Distintos transportadores de solutos e substratos estão localizados nas extremidades dos astrócitos (por exemplo, aquaporina 4 [AQP-4]) que têm um papel crítico na função BBB 18,19,20,21.

A BHE é fundamental na manutenção da função adequada da saúde cerebral, e a disfunção da BHE tem sido relatada em muitas doenças neurológicas, incluindo doença de Alzheimer (DA)^22,23,24,25, esclerose múltipla7,26,27,28, epilepsia29,30 e acidente vascular cerebral ^31,32. É cada vez mais reconhecido que as anormalidades cerebrovasculares desempenham um papel central na neurodegeneração, contribuindo para o aumento da suscetibilidade a eventos isquêmicos e hemorrágicos. Por exemplo, mais de 90% dos pacientes com DA apresentam angiopatia amiloide cerebral (AAC), uma condição caracterizada pela deposição de β amiloide (Aβ) ao longo da vasculatura cerebral. O CAA aumenta a permeabilidade da BHE e diminui a função da BBB, deixando o SNC vulnerável à isquemia, eventos hemorrágicos e declínio cognitivo acelerado³³.

Recentemente, desenvolvemos um modelo in vitro da BHE humana, derivado de células-tronco pluripotentes induzidas pelo paciente, que incorpora CEs, PCs e astrócitos encapsulados em uma matriz 3D (Figura 1A). O iBBB recapitula interações fisiologicamente relevantes, incluindo a formação do tubo vascular e a localização da extremidade dos pés dos astrócitos com a vasculatura²⁴. Aplicou-se o iBBB para modelar a suscetibilidade da CAA mediada pela APOE4 (Figura 1B). Isso nos permitiu identificar os mecanismos celulares e moleculares causais pelos quais a APOE4 promove CAA e aproveitar esses insights para desenvolver estratégias terapêuticas que reduzam a patologia do CAA e melhorem o aprendizado e a memória in vivo em camundongos APOE4²⁴. Aqui, fornecemos um protocolo detalhado e um vídeo tutorial para reconstruir o BBB a partir de iPSCs humanas e modelar CAA in vitro.