Neisseria meningitidis Инфекция индуцированных плюрипотентных эндотелиальных клеток головного мозга

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и менингеальный гематоэнцефалический барьер (mBCSFB) представляют собой чрезвычайно плотные клеточные барьеры, которые отделяют кровоток от центральной нервной системы (ЦНС) и в основном состоят из высокоспециализированных эндотелиальных клеток головного мозга (БЭК)^1,2. Вместе БЭК поддерживают надлежащий гомеостаз мозга, регулируя поступление питательных веществ и продуктов жизнедеятельности в мозг и из него, исключая при этом многие токсины, лекарственные препараты и патогены ^1,2. Бактериальный менингит возникает, когда бактерии, переносимые через кровь, способны взаимодействовать с барьером, образованным БЭК, и проникать через него, вызывая воспаление. Neisseria meningitidis (Nm, meningococcus) — грамотрицательная бактерия, которая колонизирует носоглотку у 10\u201240 % здоровых людей, но в некоторых случаях может вызывать серьезное системное заболевание³. У больных людей Nm может получить доступ к кровотоку, где он может вызвать молниеносную пурпуру, а также проникнуть в БЭК, получая доступ к ЦНС, вызывая менингит³. Нм является ведущей причиной бактериального менингита во всем мире и, несмотря на усилия по вакцинации, по-прежнему является основной причиной менингита⁴. Современные медицинские вмешательства, такие как лечение антибиотиками, сделали эти состояния жизнеспособными, однако люди, страдающие менингитом, часто остаются с необратимыми неврологическими повреждениями ^5,6.

Предыдущие исследования идентифицировали бактериальные факторы и сигнализацию хозяина, которые способствуют взаимодействию Nm-BEC 7,8,9,10,11. Идентифицированные адгезины и инвазины, такие как белок непрозрачности Opc и pili IV типа, а также рецепторы, такие как CD147, были проведены на различных моделях BEC in vitro, однако в этих моделях отсутствуют многие определяющие свойства ГЭБ 7,9,11,12. Полное понимание взаимодействий Nm-BEC остается труднодостижимым отчасти из-за невозможности использования моделей in vivo, неполной защиты от вакцинации и отсутствия надежных моделей БЭК человека in vitro.

Моделирование hБЭК in vitro было сложной задачей из-за уникальных свойств БЭК. По сравнению с периферическими эндотелиальными клетками, БЭК имеют ряд фенотипов, которые усиливают их барьерные свойства, такие как высокое трансэндотелиальное электрическое сопротивление (TEER) из-за сложных плотных соединений¹². После удаления из микроокружения мозга БЭК быстро теряют свои барьерные свойства, ограничивая полезность первичных или иммортализированных моделей in vitro, которые образуют только слабый барьер^12,13. Сочетание специфичности NM-инфекций для человека, отсутствия надежных моделей in vivo и проблем моделирования БЭК человека in vitro создает потребность в более совершенных моделях для понимания сложного взаимодействия между хозяином и патогеном между Nm и БЭК. В последнее время с использованием технологий модельных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (ИПСК) из ИПСК были получены БЭК-подобные клетки, которые лучше имитируют БЭК in vivo^12,13,14,15. ИПСК-БЭК имеют человеческое происхождение, легко масштабируются и обладают ожидаемыми фенотипами БЭК по сравнению с их первичными или иммортализированными аналогами^12,13,14,15. Кроме того, мы и другие ученые продемонстрировали, что ИПСК-БЭК полезны для моделирования различных заболеваний ЦНС, таких как взаимодействие патогена с хозяином, болезнь Хантингтона и дефицит MCT8, который вызывает синдром Аллана-Херндона-Дадли 16,17,18,19,20,21. В этой статье мы продемонстрируем, как получить ИПСК-БЭК из возобновляемых источников ИПСК и инфекцию ИПСК-БЭК Nm, приводящую к активации врожденного иммунного ответа. Мы считаем, что эта модель полезна для изучения взаимодействия хозяина и патогена, которое не может быть воспроизведено в других моделях in vitro, и особенно полезна при изучении взаимодействий с патогенами, специфичными для человека, такими как Nm.