Ingeniería de células similares a la microglía inducidas por sangre humana para la investigación traslacional inversa del cerebro

En los últimos años, se ha sugerido que la inflamación cerebral asume un papel fundamental en la fisiopatología de diversos trastornos cerebrales y neuropsiquiátricos; las microglías han sido destacadas como células inmunomoduladoras clave por el análisis cerebral postmortem humano y las técnicas de bioimagen basadas en tomografía por emisión de positrones (PET) 1,2,3,4. Los análisis de imágenes postmortem del cerebro y la PET revelan hallazgos significativos; Sin embargo, estos enfoques son ineficientes en términos de capturar las actividades moleculares dinámicas de la microglía humana en el cerebro en su totalidad. Por lo tanto, se requieren estrategias novedosas que permitan la evaluación integral de las funciones y disfunciones de la microglía humana a nivel molecular y celular.

En 2014, originalmente diseñamos una técnica novedosa para^{producir células similares} a la microglía (iMG) inducidas directamente ^5,6, antes de la primera publicación de células similares a la microglía derivadas de células madre pluripotentes inducidas por humanos (iPSC) en 2016⁷. En solo 2 semanas, convertimos con éxito monocitos de sangre periférica humana en células iMG mediante la optimización de las citocinas, el factor estimulante de colonias de granulocitos y macrófagos (GM-CSF) y la interleucina 34 (IL-34). Cuando desarrollamos esta técnica, el innovador método de reprogramación de inducción de células neuronales a partir de células iPS o fibroblastos apenas comenzaba a prevalecer en el mundo 8,9,10,11. Sin embargo, en ese momento, aún no se había informado de un método para inducir células microgliales derivadas de iPS, y se deseaba la generación de un modelo microglial derivado de células somáticas humanas. Dado que se informó que citocinas como GM-CSF e IL-34, factor estimulante de colonias de macrófagos, eran necesarias para el desarrollo y mantenimiento de la microglía 12,13,14,15, planteamos la hipótesis de que una combinación de estas citocinas podría aplicarse directamente para generar un modelo celular microglial a partir de monocitos sanguíneos. Finalmente, logramos desarrollar un modelo de microglía derivada de monocitos mediante la combinación de GM-CSF e IL-34⁵. Además, algunas de estas combinaciones de citocinas también se emplean para inducir microglía a partir de células iPS ^7,16 y se supone que son un factor importante en la adquisición de características microgliales.

A diferencia de los métodos iPSC, las células iMG no requieren ninguna modificación genética y pueden generarse en muy poco tiempo mediante una simple inducción química, lo que se traduce en menores costes económicos y de tiempo. Además, las células iMG no requieren reprogramación genética, por lo que creemos que las células iMG son potentes células sustitutas para evaluar no solo los rasgos sino también los estados de la microglía humana. En el artículo inicial sobre la técnica iMG en 2014, confirmamos que las células iMG exhiben un fenotipo de microglía humana, que puede ser distinto de los monocitos y macrófagos. Por ejemplo, las células iMG exhibieron una relación de sobreexpresión del receptor de quimiocinas CX3C 1 (CX3CR1) y el receptor de quimiocinas C-C tipo 2 (CCR2) que los monocitos y los marcadores típicos de la microglía, incluida la proteína transmembrana 119 (TMEM 119) y el receptor purinérgico P2RY12 ^5,17. Recientemente, validamos que las células iMG derivadas de sangre periférica se asemejan a la microglía cerebral en su perfil de expresión génica de marcadores microgliales bien conocidos en el mismo paciente que se sometió a cirugías cerebrales¹⁸. Las células iMG pueden analizarse para determinar sus funciones dinámicas a nivel molecular, como la fagocitosis y la producción de citoquinas, y se espera que compensen las desventajas de la investigación cerebral postmortem y los estudios PET.

Hemos descubierto mecanismos fisiopatológicos dinámicos desconocidos que involucran a la microglía en pacientes diagnosticados con enfermedad de Nasu-Hakola⁵, fibromialgia¹⁹, trastorno bipolar^20,21 o enfermedad de Moyamoya²². Además, sobre la base de nuestra metodología original, varios laboratorios han empleado las células iMG (ciertos laboratorios han designado nombres alternativos a estas células) como una herramienta crucial de investigación traslacional inversa 23,24,25,26,27. Sellgren et al. generaron con éxito células iMG de acuerdo con nuestras recomendaciones y realizaron un análisis de microarrays, que reveló que estas células se parecen mucho a la microglía del cerebro humano²³. Recientemente, confirmamos la semejanza entre las células iMG humanas y la microglía primaria del cerebro utilizando la secuenciación de ARN¹⁸.

Este estudio tuvo como objetivo documentar la metodología para generar células iMG a partir de sangre periférica humana para facilitar la investigación traslacional inversa centrada en enfermedades neuropsiquiátricas. Esta técnica presenta el potencial como una herramienta analítica razonable que puede producir sin esfuerzo modelos celulares microgliales en un corto período de tiempo, incluso en laboratorios mal equipados que carecen de aparatos de transferencia de genes o personal competente.