Neisseria meningitidis Infección de células endoteliales cerebrales derivadas de células madre pluripotentes inducidas

La barrera hematoencefálica (BHE) y la barrera hematoencefálica meníngea (mBCSFB) son barreras celulares extremadamente estrechas que separan la circulación del sistema nervioso central (SNC) y están compuestas principalmente por células endoteliales cerebrales (BEC) altamente ^{especializadas1,2}. Juntos, los BEC mantienen una homeostasis cerebral adecuada mediante la regulación de nutrientes y productos de desecho dentro y fuera del cerebro, al tiempo que excluyen muchas toxinas, medicamentos y patógenos ^1,2. La meningitis bacteriana se produce cuando las bacterias transmitidas por la sangre son capaces de interactuar y penetrar en la barrera formada por los BEC y causar inflamación. Neisseria meningitidis (Nm, meningococcus) es una bacteria gramnegativa que coloniza la nasofaringe del 10-40 % de los individuos sanos, pero en algunos casos puede causar enfermedades sistémicas graves³. En los individuos afectados, el Nm puede acceder al torrente sanguíneo donde puede causar púrpura fulminante, así como penetrar en los BEC que acceden al SNC causando meningitis³. La NM es una de las principales causas de meningitis bacteriana en todo el mundo y, a pesar de los esfuerzos de vacunación, sigue siendo una de las principales causas de meningitis⁴. Las intervenciones médicas modernas, como el tratamiento con antibióticos, han hecho que estas condiciones sean superables, sin embargo, los afectados con meningitis a menudo quedan con daño neurológico permanente ^5,6.

Estudios previos han identificado factores bacterianos y la señalización del huésped que contribuyen a las interacciones Nm-BEC 7,8,9,10,11. Las adhesinas e invasinas identificadas, como la proteína de opacidad Opc y los pili tipo IV, así como receptores como CD147, se han realizado en varios modelos BEC in vitro, sin embargo, estos modelos carecen de muchas propiedades definitorias de la BHE 7,9,11,12. La comprensión completa de las interacciones Nm-BEC sigue siendo difícil de alcanzar debido en parte a la incapacidad de utilizar modelos in vivo, la protección incompleta de la vacunación y la falta de modelos BEC humanos robustos in vitro.

El modelado de hBEC in vitro ha sido un reto debido a las propiedades únicas de los BEC. En comparación con las células endoteliales periféricas, las BEC tienen una serie de fenotipos que mejoran sus propiedades de barrera, como la alta resistencia eléctrica transendotelial (TEER) debido a las uniones estrechas complejas¹². Una vez removidos del microambiente cerebral, los BEC pierden rápidamente sus propiedades de barrera, lo que limita la utilidad de los modelos primarios o inmortalizados in vitro que solo forman una barrera débil^12,13. La combinación de la especificidad humana de las infecciones por Nm, la falta de modelos in vivo robustos y los desafíos para modelar BEC humanos in vitro crea la necesidad de mejores modelos para comprender la compleja interacción huésped-patógeno entre Nm y BEC. Recientemente, utilizando tecnologías modelo de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSC), se han derivado células similares a BEC a partir de iPSC que imitan mejor a las BEC in vivo^12,13,14,15. Las iPSC-BEC son de origen humano, fácilmente escalables y poseen fenotipos BEC esperados en comparación con sus contrapartes primarias o inmortalizadas^12,13,14,15. Además, nosotros y otros hemos demostrado que las iPSC-BEC son útiles para modelar diversas enfermedades del SNC, como la interacción huésped-patógeno, la enfermedad de Huntington y la deficiencia de MCT8 que causa el síndrome de Allan-Hurndon-Dudley 16,17,18,19,20,21 . Aquí, demostramos cómo derivar iPSC-BEC a partir de fuentes renovables de iPSC y la infección de iPSC-BEC con Nm que conduce a la activación de la respuesta inmune innata. Creemos que este modelo es útil para interrogar la interacción huésped-patógeno que no se puede recapitular en otros modelos in vitro y es especialmente útil cuando se examinan interacciones con patógenos específicos humanos como Nm.