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Se espera que aproximadamente 500 millones de personas en todo el mundo se beneficien de la terapia moduladora de la angiogénesis para enfermedades asociadas a la malformación vascular, como la artritis reumatoide, la oculopatía, las enfermedades cardiovasculares y la metástasis tumoral1. Por lo tanto, el desarrollo de fármacos que controlan la angiogénesis se ha convertido en un importante área de investigación en la industria farmacéutica. Durante el proceso de desarrollo de fármacos, es necesario estudiar en animales in vivo para explorar los efectos de los candidatos a fármacos en las funciones fisiológicas y las interacciones sistémicas entre los órganos. Sin embargo, las cuestiones éticas y de costos han aumentado las preocupaciones con respecto a los experimentos con animales2. Por lo tanto, se necesitan sistemas de ensayo in vitro mejorados para obtener datos más precisos y predecibles que conduzcan a una mejor toma de decisiones antes de los experimentos con animales. Los ensayos actuales de angiogénesis in vitro suelen medir la proliferación, invasión, migración o formación de estructura tubular de células endoteliales (EC) sembradas en placas de cultivo bidimensionales (2D)3. Estos ensayos de angiogénesis 2D son rápidos, simples, cuantitativos y rentables, y han contribuido significativamente al descubrimiento de fármacos moduladores de angiogénesis. Sin embargo, quedan varias cuestiones por mejorar.
Estos sistemas de ensayo in vitro 2D no pueden reflejar eventos complejos de angiogénesis en varios pasos que se producen en condiciones fisiológicas in vivo, lo que conduce a resultados inexactos que causan discrepancias entre los datos de ensayo in vitro y los resultados de los ensayos clínicos4. Las condiciones de cultivo 2D también inducen el cambio de fenotipos celulares. Por ejemplo, después de la proliferación en placas de cultivo 2D, los ECs tienen un fenotipo celular débil como se manifiesta por la expresión reducida de CD34 y varias señales que rigen las respuestas celulares5,6. Para superar las limitaciones de los sistemas de ensayo de angiogénesis basados en cultivos 2D, se han desarrollado sistemas de ensayo de angiogénesis esferoide tridimensionales (3D). La formación de la estructura tubular a partir de esferoides formados por eCs refleja los procesos de neovascularización in vivo7,8. Por lo tanto, el ensayo de angiogénesis esferoide 3D se ha considerado un sistema de ensayo eficaz para la detección de posibles fármacos pro o anti-angiogénesis.
La mayoría de los ensayos de angiogénesis esferoide 3D utilizan únicamente eCs, principalmente células endoteliales de venas umbilicales humanas (HUVEC) o células endoteliales microvasculares dérmicas humanas (HDMC) para centrarse en la respuesta celular de las EC durante la angiogénesis. Sin embargo, los capilares sanguíneos se componen de dos tipos de células: eCs y pericitas. La elaboración de la interacción bidireccional entre los eCs y los pericitas es fundamental para la correcta integridad y función vascular. Varias enfermedades, como el accidente cerebrovascular hereditario, la retinopatía diabética y la malformación venosa, se asocian con una densidad de pericita alterada o una disminución de la unión pericita al endotelio9. Pericytes también se conocen como un elemento clave del proceso angiogénico. Los pericíticos son reclutados para estabilizar las estructuras de buques recién formados por las CE. En este sentido, el ensayo de angiogénesis esferoide monocultivo no incorpora pericitos7,10. Por lo tanto, los esferoides cocultivoformados por eCs y pericitas pueden proporcionar un enfoque valioso para imitar más estrechamente los eventos angiogénicos fisiológicos.
El presente estudio tuvo como objetivo desarrollar un ensayo de angiogénesis esferoide cocultivo 3D con una combinación de células formadoras de colonias endoteliales humanas (ECFC) y células madre mesenquimales (MSC) para reflejar más de cerca la angiogénesis in vivo. El sistema esferoide de cocultura como un conjunto de representación in vitro de un vaso sanguíneo normal fue establecido por primera vez por Korff et al. en 200111. Combinaron HUVECs y células musculares lisas de la arteria umbilical humana (HMM), y demostraron que el cocultivo de dos células vasculares maduras disminuyó el potencial de brotación. Se sabe que las EC maduras (HUVEC) pierden progresivamente su capacidad de proliferar y diferenciar, lo que afecta negativamente a sus respuestas de angiogénesis12,13. Las células perivasculares maduras (HusMC) pueden causar inactivación de células endoteliales a través de la abrogación de la capacidad de respuesta del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF)11. La principal diferencia entre Korff y nuestro sistema de esferoides de cocultura son los tipos de células utilizados. Aplicamos dos precursores vasculares, los FCFC y los MSC, para establecer un sistema de ensayo de angiogénesis adecuado para examinar e investigar agentes pro-o-anti-angiogénicos. Los FCFC son el precursor de las CE. Los FCFC tienen una capacidad de proliferación sólida en comparación con los CEmaduros 14,lo que permite superar la limitación de los CE. Los FCFC contribuyen a la formación de nuevos buques en muchas condiciones fisiopatologías post-natales15,16,17. Los MSC son células madre pluripotentes que tienen la capacidad de diferenciarse en pericitos, contribuyendo así a la angiogénesis18,19.
En informes anteriores, los FCFC y los MSC mostraron efectos sinérgicos en la formación de tubos in vitro20, in vivo neo-vascularización21,22, y mejor reperfusión de tejidos isquémicos23,24. En el presente estudio, los EFCC y los MSC se utilizaron para formar esferoides de cocultura e incrustados en gel de colágeno tipo I para reflejar un entorno 3D in vivo. El colágeno se considera como un componente importante de la matriz extracelular (ECM) que rodea a los CE25. El ECM desempeña un papel crítico en la regulación del comportamiento celular26. El protocolo de ensayo propuesto aquí se puede llevar a cabo fácil y rápidamente en un plazo de dos días utilizando técnicas de laboratorio comunes. Para un seguimiento eficaz de las celdas durante el proceso de brotación, cada tipo de celda se puede etiquetar fluorescentemente y supervisarse mediante una grabadora de celdas en tiempo real. El sistema de ensayo de angiogénesis esferoidea de cocultivo 3D recientemente establecido está diseñado para aumentar la sensibilidad para evaluar posibles moduladores angiogénicos y proporcionar información predecible antes del estudio in vivo.