Artículo de revisión

Organoides cerebrales como plataformas emergentes para modelar infecciones del SNC: neuropatogenia, descubrimiento terapéutico y administración de fármacos

136 vistas

⸱

DOI:

10.3791/70757

⸱

7 de agosto de 2026

 ,  ,  , 
1Laboratory of Molecular Virology, George Mason University

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

Esta revisión examina los organoides cerebrales como plataformas para modelar infecciones virales neurotrópicas seleccionadas y destaca sus aplicaciones en la patogénesis viral, el descubrimiento de antivirales, las respuestas inmunitarias innatas y la administración de fármacos dirigida al sistema nervioso central (SNC).

Resumen

Los virus neurotrópicos siguen siendo un desafío persistente para la salud global, y los mecanismos por los cuales dañan el cerebro humano aún no se comprenden completamente. Los modelos animales suelen estar limitados por aspectos específicos de la biología del SNC para humanos, mientras que los cultivos celulares bidimensionales (2D) no pueden recapitular las complejas interacciones celulares tridimensionales (3D) que ocurren durante la infección viral del cerebro. En la última década, organoides cerebrales derivados de células madre humanas han surgido como modelos fisiológicamente relevantes que abordan estas limitaciones. Estas culturas 3D se autoensamblan en estructuras que contienen neuronas, astrocitos y células progenitoras dispuestas en patrones que recuerdan al desarrollo cerebral temprano. Esta revisión examina la aplicación de organoides cerebrales en el estudio de infecciones causadas por el virus del Zika (ZIKV), el coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo grave (SARS-CoV-2), el virus del herpes simple (HSV) y el virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1). Los estudios fueron evaluados en PubMed y seleccionados en función de su relevancia para el modelado de infecciones basados en organoides en el SNC, cribado de fármacos antivirales, administración de fármacos dirigidos al SNC y neuroinflamación. El cribado antiviral basado en organoides ha identificado compuestos prometedores en bibliotecas que contienen más de 1.000 candidatos. También se discuten las estrategias de administración de fármacos, con especial énfasis en nanopartículas, portadores basados en polímeros y vesículas extracelulares (EV) evaluadas en modelos organoides y esferoides por su capacidad para atravesar la barrera hematoencefálica (BBB) y entregar carga terapéutica a las células neuronales. También se examinan los roles de los patrones moleculares asociados al daño y a los patógenos (DAMPs y PAMPs) en la neuroinflamación, la evasión de complementos y el daño crónico post-infección, incluido el COVID persistente. Se discuten las limitaciones actuales, incluyendo la falta de vasculatura funcional, componentes incompletos de la BBB y los desafíos de reproducibilidad. A pesar de estas limitaciones, los organoides del SNC cubren la brecha entre la investigación básica y la aplicación clínica, impulsando el desarrollo de terapias eficaces para las infecciones virales del cerebro.

Introducción

El sistema nervioso central (SNC) es un sistema complejo que comprende regiones funcionales distintas del cerebro y la médula espinal. Los organoides del SNC, a menudo denominados "mini-cerebros", son estructuras multicelulares tridimensionales (3D) que imitan el desarrollo del cerebro humano. Se generan principalmente a partir de células madre pluripotentes humanas (hPSC), que pueden autoensamblarse en tejidos que representan diversas regiones cerebrales. Estos mini-cerebros recapitulan los patrones epigenéticos, la estructura y los marcadores transcripcionales del cerebro endesarrollo 1,2,3.

La generación de organoides cerebrales utilizando células madre pluripotentes inducidas (iPSCs) derivadas del paciente se desarrolló por primera vez en 2013. Antes de este descubrimiento, el acceso al tejido cerebral humano era limitado debido a cuestiones éticas asociadas a la realización de estudios experimentales, especialmente aquellos que involucraban tejido cerebral fetal o in utero 2. El desarrollo de organoides cerebrales demostró la capacidad de imitar el neurodesarrollo humano, incluyendo la formación de regiones cerebrales distintas como la corteza cerebral. Lancaster et al. proporcionaron la primera evidencia experimental de que las células madre pueden formar estructuras neuronales complejas in vitro, ofreciendo un modelo que refleja con mayor precisión la fisiología humana que los cultivos celulares bidimensionales (2D)convencionales. Es importante destacar que ciertas condiciones del neurodesarrollo humano, como la microcefalia, han resultado difíciles de replicar en modelos de roedores, lo que subraya aún más la necesidad de sistemas derivados delser humano 6.

Los organoides del SNC contienen múltiples tipos celulares que se diferencian y forman estructuras multicapa que se asemejan al cerebroen desarrollo 7, lo que los hace muy adecuados para estudios de alto rendimiento sobre neurogénesis, migración neuronal y anomalías deldesarrollo 8. La generación de organoides del SNC comienza con células madre pluripotentes (PSC), que incluyen iPSCs y células madre embrionarias. Las células madre embrionarias están expuestas a factores de crecimiento e inhibidores de señalización para promover la diferenciación en células neuronales y simular el desarrollo embrionariotemprano 2. Una vez que las células comienzan a agregarse, se autoorganizan dentro de un entorno 3D y a menudo se incrustan en una matriz extracelular para proporcionar estabilidad estructural. Los organoides suelen mantenerse entonces bajo condiciones de cultivo dinámico, como biorreactores giratorios o agitación orbital, para mejorar el suministro de nutrientes y oxígeno, y apoyar el crecimientocontinuado 9. También se pueden generar organoides específicos de región del prosencéfalo, mesencéfalo y cerebro posterior, utilizando protocolos guiados en biorreactores giratorios miniaturizados, con regiones cerebrales distintas que suelen surgir durante varias semanas hastalos meses 9, 10 y 11. Los organoides del SNC capturan muchas características estructurales clave del cerebro humano en desarrollo, incluyendo regiones ventriculares que contienen la glia radial que ensotien las neuronas migratorias y progenitores intermedios que amplifican las poblacionesneuronales 12. Las primeras neuronas forman capas similares a las corticales con redes sinápticas emergentes. Aunque los organoides no replican completamente el tamaño u organización del cerebro maduro, son más relevantes fisiológicamente que los cultivos monocapa tradicionales.

Una gran ventaja de los organoides del SNC es su capacidad para modelar el tiempo del desarrollo. Los cultivos progresan de semanas a meses y paralelamente al desarrollo cerebral fetal humano. Esto permite a los investigadores observar procesos neurológicos como la neurogénesis, la extensión de los axones y la formación temprana de circuitos neuronales en tiempo real. Los organoides también pueden programarse para incluir microglías, células similares a vasos sanguíneos o incluso componentes de la barrera hematoencefálica (BBB), como astrocitos, células endoteliales y perícitos. Estos organoides pueden apoyar estudios sobre las respuestas inmunitarias y el transportede sustancias 13. Además, los organoides pueden combinarse para crear ensambladores, que son sistemas autoorganizados que modelan la comunicación entre diferentes regionescerebrales 14. Con estas capacidades, los organoides del SNC ofrecen una forma directa de investigar cómo los virus neurotrópicos invaden, se replican y dañan el cerebro, cuestiones que durante mucho tiempo han sido difíciles de abordar con modelos convencionales.

Existe una gran cantidad y diversidad de virus neurotrópicos que pueden afectar al cerebro humano, incluyendo flavivirus, coronavirus del síndrome respiratorio agudo grave 2 (SARS-CoV-2), virus del herpes simple (HSV) y virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1). El desarrollo de terapias antivirales efectivas es crucial, aunque sigue siendo un reto debido a la complejidad de las interacciones virus-cerebro. El cerebro se considera un órgano inmunoprivilegiado, apoyado por la BBB, que impide que grandes células inmunitarias y moléculas entren al cerebro desde el torrente sanguíneo.

Los virus neurotrópicos han desarrollado diversas estrategias para romper esta barrera, incluyendo la migración transcelular, la alteración de uniones estrechas y el mecanismo del "caballo de Troya", por el cual las células inmunitarias infectadas transportan el virus a través delendotelio 4. Como resultado, la vigilancia inmunitaria en el cerebro está restringida, lo que dificulta la eliminación viral. Además, los componentes celulares de la BBB, incluyendo las células endoteliales, astrocitos y perícitos, expresan receptores de reconocimiento de patrones que detectan patrones moleculares asociados a patógenos virales (PAMPs) y provocan respuestas inmunitarias innatas, aunque la señalización proinflamatoria puede, paradójicamente, empeorar la alteración de laBBB 15. Además, el acceso limitado al tejido cerebral humano dificulta los estudios sobre interacciones virales con células neuronales y la administración de potentes agentes antivirales al SNC. Estos desafíos combinados dificultan el descubrimiento de nuevos antivirales para tratar las infecciones virales en todas las etapas de desarrollo y a lo largo de la vida, por lo que es esencial comprender mejor cómo interactúan los virus con el cerebro y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas para combatir estasinfecciones 16. En general, esta revisión enfatiza la utilidad de los organoides del SNC para estudiar infecciones virales neurotrópicas, los mecanismos de la neuroinflamación y el descubrimiento de fármacos antivirales. La Figura 1 ofrece una visión general de las principales aplicaciones de los organoides cerebrales en la modelización de infecciones virales neurotrópicas, la investigación de las interacciones huésped-patógeno y el avance en el desarrollo terapéutico antiviral.

figure-introduction-1
Figura 1: Organoides cerebrales como plataformas relevantes para humanos para modelar infecciones virales neurotrópicas del SNC. La figura ofrece una visión general de los temas clave abordados, con un enfoque en organoides cerebrales tridimensionales (3D) como modelos experimentales. Los virus neurotrópicos tratados en esta revisión incluyen el VIH-1, HSV-1/2, SARS-CoV-2 y ZIKV. Diferentes modelos organoides cerebrales permiten estudios sobre la patogénesis viral, las interacciones huésped-patógeno, la disfunción de la barrera hematoencefálica (BBB) y las respuestas neuroinflamatorias que involucran neuronas, astrocitos, microglas y células endoteliales cerebrales. Los organoides cerebrales proporcionan plataformas fisiológicamente relevantes para el cribado y evaluación de fármacos antivirales y la evaluación de terapias antivirales. Creado en BioRender. Kashanchi, F. (2026) https://BioRender.com/y7eenju Por favor, haga clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Revisión y perspectiva

Descubrimiento terapéutico en organoides cerebrales infectados por virus

Cribado antiviral

Existen escasos tratamientos aprobados para muchas infecciones virales neurotrópicas, lo que limita las opciones de tratamiento más allá de la atención de apoyo. Los organoides cerebrales son una herramienta valiosa para descubrir nuevos compuestos antivirales al permitir el cribado de fármacos en un entorno 3D fisiológicamente relevante que se asemeja al tejido cerebral humano. En un estudio inicial, se realizó un cribado químico de alto contenido de 1.120 fármacos y candidatos aprobados por la FDA contra el ZIKV en organoides cerebrales fetales. La actividad antiviral se evaluó en función de la proliferación celular y la supresión de la infección por ZIKV. De todos los compuestos probados, nueve mostraron potencial, destacando dos compuestos —hippeastrina hidrobromuro (HH) y amodiquiacina dihidrocloruro dihidrato (AQ)— por sus potentes efectos antivirales, reduciendo significativamente la infección al suprimir la producción de ARNviral 17.

Varios estudios posteriores exploraron compuestos dirigidos a diferentes etapas del ciclo de vida viral. En un estudio de Watanabe et al., el 25-hidroxicolesterol (25HC), un compuesto que bloquea la entrada viral inhibiendo la fusión de membranas, redujo los niveles de ARNm del ZIKV en organoides corticales en ~74% y disminuyó las células positivas para ZIKV en ~72%. Además, el mismo estudio evaluó compuestos antivirales dirigidos al receptor AXL expresados en células progenitoras neuronales. Un inhibidor de molécula pequeña del dominio tirosina quinasa AXL, R428, produjo una modesta reducción en los niveles de ARNm del ZIKV (~41%). Sin embargo, el tratamiento con un anticuerpo anti-AXL no redujo significativamente los niveles18 de ARNm del ZIKV. Finalmente, se probaron tres fármacos antiflavivirales, duramicina, ivermectina y azitromicina, en organoides. La duramicina y la ivermectina redujeron significativamente los niveles de ARNm del ZIKV, mientras que la azitromicina no mostró efecto protector contra el ZIKV, según lo determinado por RT-qPCR einmunotinción 18.

En un estudio separado, Xu et al. analizaron 173 compuestos como supresores de la actividad de la caspasa-3 inducida por el ZIKV e identificaron el emricasana como el candidato neuroprotector más potente sin afectar la proliferación celular en organoides cerebrales. Dos compuestos adicionales, la niclosamida y PHA-690509, demostraron una actividad anti-ZIKV significativa al inhibir la replicación viral en la etapa posterior a la entrada de manera dependiente de la dosis. Además, el cotratamiento con emricasan y PHA-690509 produjo un efecto aditivo y preservó la viabilidad de los astrocitos tras la infección porZIKV 19. En otro estudio, la enoxacina, un potenciador de interferencia de ARN (RNAi), demostró actividad antiviral directa en células competentes para el ARNi y previno completamente los fenotipos microcefálicos inducidos por el ZIKV en organoides cerebrales, lo que sugiere que mejorar las vías antivirales intrínsecas en células progenitoras neuronales podría representar una estrategia terapéuticaviable 20.

Posteriormente, Pettke et al. analizaron 110 análogos estructurales de TH3289 en dosis múltiples en organoides infectados conZIKV 21. Dos compuestos, TH3289 y TH6744, mostraron la actividad antiviral más fuerte, y los hitos más activos compartieron un núcleo de benzimidazolona. Este estudio fue significativo porque el sistema organoide permitió no solo un cribado rápido de compuestos, sino también un seguimiento mecanicista. Por ejemplo, se encontró que TH6744 interfiere con las etapas avanzadas del ciclode vida 21 del ZIKV.

Los organoides cerebrales también se han utilizado para identificar candidatos terapéuticos para la infección por SARS-CoV-2. Un medicamento anti-hepatitis C aprobado por la FDA, el sofosbuvir, mejoró la supervivencia neuronal y rescató la sinaptogénesis alterada en organoides cerebrales infectados conSARS-CoV-2 22. Los organoides cerebrales también han contribuido a comprender la infección mediada por el HSV-1 del SNC; sin embargo, el cribado de fármacos antivirales para HSV-1 en modelos organoides sigue siendo limitado en comparación con los estudios de ZIKV y SARS-CoV-2. Un estudio pionero utilizando neuronas derivadas de iPSC demostró que la deficiencia de TLR3 hace que las neuronas humanas sean susceptibles a la infección por HSV-1, revelando un fenómeno específico de humanos que los modelos de roedores no lograroncapturar en 23. Más recientemente, Bellizzi et al. demostraron que la diversión agrupada de repeticiones palindrómicas cortas regularmente intercaladas (CRISPR)-Cas9 de secuencias genómicas de HSV-1 suprimió tanto la infección primaria como la reactivación viral en cultivos organoides 3D, estableciendo la edición génica como una estrategia antiviral viable para la infección por herpesvirusdel SNC 24. Dado que la resistencia al aciclovir es un problema clínico emergente y no existe una terapia curativa para la encefalitis25 del VHS, la ausencia de cribado a gran escala de compuestos antivirales contra el VHS-1 en organoides cerebrales representa una brecha de conocimiento significativa.

Además de las moléculas pequeñas, los oligonucleótidos antisentido (ASOs), que atacan el ARN y modifican la expresión génica, son herramientas terapéuticas emergentes para tratar diversas enfermedades, y los organoides cerebrales pueden emplearse para evaluar nuevas terapiasASO 26. Dada la utilidad de los organoides para estudios de ASO, se podrían investigar características importantes como la biodistribución, toxicidad y eficacia terapéutica en organoides cerebrales infectados por virus.

Una de las aplicaciones más importantes de los organoides cerebrales es evaluar la neurotoxicidad de los antivirales existentes. Esto es especialmente importante porque se ha demostrado que los tratamientos habituales contra el VIH son tóxicos para las células cerebrales tanto in vitro como invivo 27. Akay et al. demostraron la neurotoxicidad de los fármacos antivirales en cultivos corticales primarios que contienen microglías, astrocitos y neuronas. Las neuronas positivas para MAP2 mostraron una disminución dependiente de la dosis tras la exposición al ritonavir y al saquinavir. El tratamiento con combinaciones de fármacos antirretrovirales (cART) resultó en neurotoxicidad aguda, y los cultivos tratados con zidovudina (AZT) mostraron un aumento en la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS)28. Aunque estos hallazgos se obtuvieron mediante cultivos 2D, los organoides cerebrales podrían ampliar esta investigación proporcionando una plataforma fisiológicamente más relevante para el cribado de neurotoxicidad de alto rendimiento de terapias antirretrovirales individuales o combinadas. Para investigar los mecanismos subyacentes a la neurotoxicidad inducida por antivirales en estos modelos 3D, se pueden emplear técnicas como el análisis morfológico, los ensayos funcionales y el perfiladotranscriptómico 29.

Además del cribado de neurotoxicidad, se han desarrollado organoides cerebrales para estudiar el trastorno neurocognitivo asociado al VIH (HAND), que sigue afectando entre el 30% y el 50% de las personas que viven con VIH a pesar de la eficaz terapia antirretroviral (TAR). Las células microgliales son el principal reservorio de VIH-1 en el SNC, y los modelos organoides han sido fundamentales para esclarecer cómo la infección microglial provoca el daño neuronal. Kong et al. utilizaron organoides cerebrales derivados de iPSC que contienen microglía y observaron un aumento notable en la expresión génica de quimioquinas CCL2 y CXCL10, junto con la activación de múltiples genes estimulados por interferón tipo I (MX1, ISG15, ISG20, IFI27, IFITM3 y otros) tras la infección porVIH-1 30. El perfil inflamatorio de expresión génica se propagó a células observadoras, incluidas neuronas no infectadas. Estas neuronas mostraron un marcado descenso en la expresión de los transportadores de neurotransmisores junto con un aumento de la expresión de genes asociados a la senescencia celular y la muerte celular. El uso de organoides cerebrales para la investigación del VIH fue pionero por Dos Reis et al., quienes incorporaron microglía infectada por VIH en organoides cerebraleshumanos 31. Este modelo reproducía la replicación viral de bajo nivel que se observa típicamente en el cerebro humano. La incorporación de microglía infectada por VIH desencadenó una respuesta neuroinflamatoria asociada a la astrogliosis, patología neurodegenerativa y degeneración y pérdida de procesos sinápticos neuronales. Donadoni et al. utilizaron posteriormente organoides cerebrales derivados de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC) que contienen microglía y astrocitos para modelar NeuroHIV y evaluar los efectos de la terapia antirretroviral combinada (cART) en un sistema organoide3D 32. En conjunto, estos estudios basados en organoides proporcionan importantes conocimientos mecanicistas sobre la HAND y establecen un valioso sistema modelo para investigar terapias neuroprotectoras.

En conclusión, los organoides cerebrales proporcionan un sistema modelo unificado para el cribado de compuestos antivirales mientras evalúan simultáneamente los efectos neurotóxicos en las primeras fases del proceso de desarrollo del fármaco. La identificación de compuestos antivirales efectivos es solo el primer paso hacia la traducción clínica (Tabla 1). Igualmente importante es el desarrollo de estrategias de administración de fármacos capaces de administrar agentes terapéuticos a las células infectadas dentro del SNC.

VirusModelo organoideTipos de célulasHallazgos principalesLimitacionesReferencia
ZIKVOrganoides fetales derivados de hPSCProgenitores neuronales, neuronasLa HH y la AQ redujeron el ARN viral del cribado de compuestos 1120Sin células inmunitarias; Estadio fetal17
Organoides corticalesProgenitores neuronales25 HC redujo la infección en un ~74%; R428 redujo el ARNm del ZIKV en ~41%Sin vasculaturas18
Organoides cerebralesNeuronas, astrocitosEmricasan, neuroprotector; La niclosamida y la PHA-690509 inhiben la replicaciónNo hay microglía19
Organoides cerebralesProgenitores neuronalesLa enoxacina previno la microcefalia inducida por el ZIKV mediante ARNiSin células inmunitarias20
Organoides cerebralesNeuronasTH3289 y TH6744 (núcleo de benzimidazolona) interfieren con el ciclo de vida tardío del ZIKVSin células inmunitarias21
SARS-CoV-2Organoides cerebralesNeuronasEl Sofosbuvir rescató la sinaptogénesis y la supervivencia neuronalNo BBB22
HSV-1Neuronas derivadas de iPSCNeuronasLa deficiencia de TLR3 deja a las neuronas humanas susceptibles; Fenómeno específico del ser humanoSolo neuronas 2D23*
Cultivos organoides 3DNeuronasCRISPR-Cas9 suprimió la infección primaria y la reactivaciónMaduración limitada24
VIH-1Organoides cerebrales iPSCNeuronas, microglíaRegulación alcista de CCL2, CXCL10; activación del gen interferón tipo I; Senescencia neuronalSin vasculaturas30
Organoides del cerebro humano con microglíaNeuronas, microglíaNeuroinflamación, astrogliosis, degeneración sinápticaSin vasculaturas31
Organoides cerebrales hiPSCNeuronas, microglías, astrocitosefectos de cART evaluados en el modelo 3D de NeuroVIHModelo en etapas tempranas32

Tabla 1: Modelos organoides cerebrales utilizados para estudiar infecciones virales neurotrópicas. Esta tabla resume el virus estudiado, el modelo organoide, los tipos celulares incluidos, los hallazgos clave, limitaciones y referencia para estudios representativos basados en organoides cerebrales sobre infecciones por ZIKV, SARS-CoV-2, HSV-1 y VIH-1.

Plataformas de administración de fármacos

Encontrar los compuestos antivirales más eficaces para tratar las infecciones del SNC es esencial, pero sin una administración eficiente al cerebro, estos compuestos pueden no lograr un beneficio terapéutico. Los organoides cerebrales pueden utilizarse para evaluar sistemas de administración de fármacos por su capacidad para penetrar el tejido neural y administrar cargas útiles antivirales.

Las nanopartículas basadas en lípidos (LNPs) se utilizan ampliamente como portadoras de fármacos. Se demostró que estos portadores aumentan la biodisponibilidad del fármaco y permiten la administración dirigida de fármacos al lugar de la enfermedad, especialmente en el áreaBBB 33. Las formulaciones de ARNm basadas en LNP se utilizaron con éxito en la vacunación contra laCOVID-19 34,35. Los organoides cerebrales pueden utilizarse para evaluar la eficacia y seguridad de nuevas formulaciones basadas en LNP. Los LNP también pueden vectorizarse al SNC mediante modificaciones superficiales con ligandos de orientación. Por ejemplo, transferrina o lactoferrina se conjugaron a LNPs para facilitar la transcitosis mediada por receptores y mejorar el transporte a través delBBB 36,37. En conjunto, la posible eficacia en la administración de fármacos, la neurotoxicidad y los cambios en la estabilidad de las nanoformulaciones tras la penetración de la BBB pueden investigarse en organoidescerebrales 38.

Además de los LNP, también se estudiaron nanoportadores polipeptídicos de doble objetivo como sistema de administración de fármacos en organoides cerebrales humanos. Las nanopartículas (NPs) de ácido poli(L-glutamímico) dirigidas mostraron una excelente citocompatibilidad y la capacidad de entrar en organoides similares al mesencéfalo. Se demostró que la alanina y el glutatión podían dirigir eficazmente las NPs a las células endoteliales cerebrales y penetrar organoides cerebrales, lo que resultaba en la administración de fármacos alcerebro 39. Se investigó la permeabilidad de nanopartículas basadas en polímeros en organoides de microvasculatura 3D humana, centrándose en los efectos de su tamaño y química superficial. Los organoides generados consistían en células endoteliales derivadas de iPSC humanas, astrocitos y pericocitos cerebrales primarios. Las imágenes confocales revelaron que la conjugación de las NPs con el ligando holotransferrina (Tf) asociada al cerebro aumentó significativamente supermeabilidad 40.

A continuación, se investigaron la absorción, penetración y distribución de nanopartículas de oro (AuNPs) en esferoides cerebrales de BBB. Estos esferoides están compuestos por seis tipos de células cerebrales: neuronas, astrocitos, perícitos, células endoteliales, microglías y oligodendrócitos. Los autores informaron que la hipoxia transitoria provocó la apertura de la BBB y un aumento del transporte de AuNPs al interior esferoide. Las nanopartículas pudieron entrar fácilmente en células ynúcleos 41. En un estudio similar utilizando el mismo modelo esferoide, el seguimiento simultáneo de la cinética de penetración de nanoportadores y su liberación terapéutica de carga útil fue evaluado mediante microscopía láserconfocal 42. En otro estudio, Park et al. demostraron que los AuNPs conjugados con el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) entraron con éxito en organoides cerebrales sin causar toxicidadsignificativa 43.

Más allá de dirigirse a las partes de combate, la forma y el tamaño de las nanopartículas también pueden desempeñar un papel importante en la capacidad de una nanoformulación para entregar su carga terapéutica al cerebro44. Las esferas de poliestireno de 200 nm vectorizadas con anticuerpos contra VCAM-1 acumularon entre 1,2 y 1,5 veces más que las NP no vectorizadas de control. Curiosamente, las partículas en forma de varilla mostraron una acumulación aún mayor de 2,1 a 2,5 veces respecto a los controles correspondientes, lo que sugiere que las partículas en forma de varilla ofrecen una ventaja sobre las esferas en términos de unión celular. Los organoides cerebrales pueden proporcionar información detallada sobre cómo la geometría de las partículas puede afectar a la penetración cerebral. Además, los efectos de la hipoxia y otros compuestos biológicamente activos sobre la permeabilidad a la BBB podrían investigarse más a fondo en organoides neurovasculares del cerebro45,46.

Las vesículas extracelulares (EV) derivadas de células madre representan una alternativa biológica a los portadores sintéticos de fármacos como los LNP. Branscome et al. exploraron el potencial reparador de los EV frente a la infección por VIH-1 en las neurosferashumanas 47. En este estudio, se demostró que los EV producidos a partir de células madre mesenquimales (MSC) e iPSCs pueden penetrar naturalmente en las neurosferas, rescatar la viabilidad celular y reducir la expresión de citocinas inflamatorias en neurosferas infectadas con VIH-1, destacando las propiedades neuroprotectoras y antiinflamatorias de lasEVs 47 de células madre. En otro estudio de Kim et al., se diseñaron pequeñas vesículas extracelulares (sEVs) para la administración de antivirales y tratar la infección por SARS-CoV-248. Los nanoportadores fueron cargados con ACE2 soluble (sACE2) mediante modificación genética de las células donantes mediante un plásmido que codifica eGFP-CD9ΔTM4-sACE2(WT), lo que resultó en la expresión de sACE2 en la superficie de sEV. Se demostró que los sEVs vectorizados por sACE2 protegían contra WT y el virus mutante S pseudotipado48. El mecanismo de protección podría probarse en organoides cerebrales infectados con SARS-CoV-2. Además, otro estudio mostró que los EV liberados por células infectadas por HSV-1 llevan componentes inmunitarios innatos como STING, que pueden activar respuestas inmunitarias innatas en las células receptoras, lo que resulta en una potente inhibición de la replicación del HSV-1. Se logró una separación crucial de los EVs de las partículas virales infecciosas mediante centrifugaciónde gradiente de densidad 49.

Los organoides cerebrales también pueden utilizarse para probar la posible neurotoxicidad de nanoformulaciones de nuevos fármacos. Por ejemplo, cuando se inyectaban AuNPs pegilados en organoides cerebrales, se observaba inflamación significativa, mediada por la producción de ROS. En contraste, los NP polilácticos poliméricos mostraron una administración eficiente de fármacos y baja citotoxicidad debido a su lenta absorción y degradabilidad, permitiendo la penetración en el organoide cerebral sin provocar una respuestainmunitaria 50. También se evaluó la neurotoxicidad de AuNPs, grafeno y puntos de carbono en organoides neurovasculares 3D. Estos organoides consistían en células neuronales, microglías y una superficie celular endotelial. Estos estudios revelaron que la microglía podría desempeñar un papel fundamental en la permeabilidad y toxicidad de estasformulaciones 51. Además, se ha demostrado que altas concentraciones de NPs de ZnO también causan una muerte neuronal significativa. El mecanismo de toxicidad se relacionó con la acumulación intracelular de iones Zn, que disminuyó los niveles de proteínas LC3B, sugiriendo una autofagiadefectuosa 52. En conjunto, estos estudios muestran que los organoides cerebrales 3D pueden capturar cómo interactúan las nanoformulaciones con el tejido neural, desde la captación y penetración hasta la activación inmunitaria y la toxicidad. El éxito de las estrategias de administración de fármacos dirigidas al SNC depende en última instancia no solo de alcanzar las células objetivo, sino también de modular las vías inflamatorias activadas durante la infección, muchas de las cuales son iniciadas por la señalización de DAMPs y PAMPs.

AMPs y PAMPs en infecciones virales

Los organoides cerebrales pueden utilizarse para estudiar DAMPs y PAMPs que son liberados por células estresadas, lesionadas o moribundas en el SNC. Los DAMPs incluyen proteínas de choque térmico, ATP y ácido úrico, mientras que los PAMPs incluyen macromoléculas bacterianas, virales, fúngicas y parásitas. Por ello, estos patrones moleculares alertan al sistema inmunitario innato y activan varias vías de transducción de señales en respuesta a antígenos extraños o a cualquier signo comúnmente asociado con la infección. Los mecanismos subyacentes a sus efectos protectores en respuesta a infecciones virales no se comprenden completamente, y se pueden realizar investigaciones detalladas de estos procesos en organoidescerebrales 53. Los DAMPs y PAMPs liberados se unen a un gran grupo de receptores, incluyendo receptores tipo Toll (TLR), receptores tipo NOD (NLR), receptores tipo AIM2, receptores tipo RIG-I (RLR) y receptores de lectina tipo C (CLR), que se expresan en la membrana plasmática o intracelularmenteen 54. Estos receptores son cruciales para la producción de citocinas e interferón en respuesta a infecciones virales neurotrópicas, incluyendo EV-71, VIH-1, HSV-1, flavivirus, virus del Nilo Occidental (WNV) y otros54.

Slowikowski et al. investigaron cómo los DAMPs, quimioquinas y moléculas de adhesión liberadas por células neuronales dañadas coordinan la entrada de leucocitos en el SNC durante la encefalitisflaviviral 55. En particular, se reveló que el WNV aumenta la expresión de marcadores de necroptosis y pirooptosis altamente inflamatorios que promueven la liberación de DAMPs en el cerebro infectado. Cuando se liberan tales moléculas, por ejemplo la proteína caja de grupo de alta movilidad (HMGB1), inducen múltiples vías de señalización, lo que conduce a la migración dependiente de CXCR4 de monocitos activados, macrófagos y células dendríticas a tejidosinfectados 56,57. Además, se demostró que los DAMPs pueden liberarse en respuesta a una infección, seguidos por una regulación al alza de los TLR y el agravamiento de la inflamación y daño tisular delSNC 58. En general, estos estudios indican que las infecciones virales parecen desencadenar las vías de señalización DAMP-PAMP superpuestas, lo que conduce a neuroinflamación y daño en los tejidos. En conjunto, organoides cerebrales que contienen microglía y astrocitos podrían servir como modelo para rastrear las respuestas en cascada inmunitaria en el tejido neural humano, especialmente la interacción entre la liberación de DAMP y la neuroinflamación mediada por TLR.

El sistema del complemento es un elemento fundamental de la inmunidad innata que responde rápidamente a la infección. Sin embargo, muchos virus han desarrollado mecanismos para superar este sistemade defensa 59. Ciertos virus evaden el sistema del complemento produciendo proteínas que se adhieren a los componentes del complemento y los inhiben o los secuestran. Esto se ha demostrado en una variedad de virus, incluyendo el virus linfotrópico T humano-1 (HTLV-1), el citomegalovirus humano (HCMV), el VIH-1, el virus simio 5 (SV5) y el virus de las paperas (MuV), que incorporan proteínas del complemento del huésped en sus viriones (es decir, CD55/DAF, CD59, CD64 y MCP). Estas proteínas inhiben la respuesta inmunitaria innata, promoviendo la replicación viral y la persistencia60. Así, los organoides cerebrales pueden utilizarse para identificar los mecanismos específicos por los cuales los virus evaden el sistema del complemento. Cada vez hay más evidencia que sugiere que las AMP y PAMPs no solo moldean la respuesta antiviral inicial, sino que también actúan como mediadores clave de la inflamación persistente que subyace a las condiciones crónicas postvirales.

Papel de los AMPs/PAMPs en la inflamación persistente causada por infección viral

Más allá de la fase inflamatoria aguda, las infecciones virales pueden causar exposición crónica a AMPs/PAMPs, lo que resulta en consecuencias inflamatorias a largo plazo, especialmente en el cerebro. Los organoides cerebrales pueden convertirse en una herramienta poderosa para estudiar los mecanismos subyacentes de los síndromes relacionados con la fase postaguda de la infección.

La mayoría de los virus humanos no persistentes conocidos actualmente activan respuestas inmunitarias durante la fase aguda de la infección, seguida de la eliminación de patógenos. Sin embargo, en algunos casos, los pacientes experimentan síntomas persistentes que pueden diferir de los observados durante la fase aguda y que pueden persistir durante meses o incluso años. Específicamente, los pacientes con COVID-19 prolongado informan de fatiga crónica, "niebla mental", fiebre, dolor y otras complicaciones neurológicas61. Además, la inflamación crónica puede aumentar la mortalidad y la morbilidad, así como el riesgo de aterotrombosis, cáncer y deteriorocognitivo 62,63.

Además, la persistencia de proteínas virales y ARN puede provocar niveles elevados de citocinas proinflamatorias, como TNF-α, IL-1α, IL-1β, IFN-γ e IL-6, causando así daño en los tejidos, envejecimiento prematuro y agotamiento del sistemainmunitario 64. La replicación lenta o trazas de componentes virales podrían desencadenar la liberación de DAMPs/PAMPs que interactúan con sus receptores específicos, causando inflamación persistente de bajogrado 65. En algunos casos, la infección cerebral por HSV-1 puede provocar daño neuronal seguido de encefalitis y puede contribuir eventualmente al desarrollo de trastornos neurodegenerativos como la enfermedadde Alzheimer 66. Los mecanismos alterados de la autofagia pueden ser un desencadenante importante de inflamación crónica en pacientes con VHS-2, en la que mecanismos protectores defectuosos conducen a una replicación viral persistente, la presencia continua de componentes virales en el cerebro y laneurodegeneración 67. Estos componentes virales activan sensores inmunes innatos a través de PAMPs y pueden manipular las vías de señalización para evitar los efectos antivirales de la activación inmune innata. Es importante destacar que el HCMV y el virus de Epstein-Barr (EBV) han demostrado establecer infecciones virales crónicas que favorecen la disfuncióninmunitaria 68,69. La senescencia sostenida inducida por la infección también puede contribuir a la inflamación a largo plazo asociada a diversas infecciones virales. Los organoides cerebrales 3D con componentes inmunitarios integrados proporcionan plataformas relevantes para comprender los complejos mecanismos subyacentes a la exposición crónica a DAMPs/PAMPs y su papel en las complicaciones a largo plazo de las infecciones virales en el SNC.

Limitaciones y perspectiva:

A pesar de sus ventajas respecto a los modelos tradicionales in vitro, los organoides cerebrales presentan limitaciones significativas que deben abordarse para apoyar su aplicación más amplia. Específicamente, la mayoría de los organoides carecen de células inmunitarias residentes, que contribuyen de forma importante a la modelización de enfermedades virales y a la comprensión de las respuestas inmunitarias innatas y adaptativas durante la infecciónviral 70. En particular, los protocolos organoides estándar carecen de microglía incorporada, las principales células inmunitarias del SNC y reservorio del VIH-1, lo que limita el modelado de la neuroinflamación y la persistenciaviral 71. Otra carencia es la complejidad incompleta del tejido, incluyendo la ausencia de vasculatura, que juega un papel importante en la entrega de nutrientes y oxígeno, así como la diseminaciónviral 72. Por tanto, el crecimiento de organoides está limitado porque las células del centro no pueden recibir nutrientes adecuados. Además, la excreción de residuos metabólicos se ve afectada, lo que a menudo conduce a núcleos hipóxicos o necróticos en organoides grandes. Además, los organoides no reproducen completamente las interacciones entre neuronas, células endoteliales y células estromales que pueden influir en la infección viral y la patogénesis. Además, en esta etapa del desarrollo, los organoides no pueden recapitular la infección sistémica, la propagación interorgánica y las respuestas inmunitarias de todo el cuerpo73. Otra limitación es que muchos organoides epiteliales tienen acceso limitado a la inoculación viral debido a su superficie apicalorientada hacia el interior 74. Como resultado, la inoculación viral requiere microinyección, lo que conduce a variabilidad y bajo rendimiento. Así, la inoculación de organoides con diferentes diámetros dificulta el control de la multiplicidad de infecciones. Además, muchos organoides se asemejan más a los tejidos fetales que a órganos adultos, lo que puede afectar al tropismo viral, la cinética de replicación y las respuestas del huésped. Esto es especialmente evidente en el caso del HSV-1, ya que la maduración neuronal afecta a los procesos de establecimiento y reactivación de latencia, que pueden no recapitular completamente los organoides en fasefetal 23. A continuación, los organoides pueden variar considerablemente en composición y función, lo que conduce a resultados variados, baja reproducibilidad y la necesidad de numerosos réplicas experimentales. Por ejemplo, los organoides pueden diferir en tamaño, composición celular, arquitectura y estado de maduración. Esto dificulta, si no imposible, la estandarización en loslaboratorios 7,75. Por último, el alto coste y la escalabilidad limitada de la generación y el mantenimiento de organoides siguen siendo barreras significativas. Como resultado, un gran desafío es el desarrollo de plataformas de alto rendimiento compatibles con la tecnologíaorganoide 74.

A pesar de estas deficiencias y limitaciones, los organoides tienen un potencial significativo para modelar infecciones virales, toxicología y descubrimiento de fármacos. Superar estas limitaciones podría reducir significativamente la dependencia de modelos animales y facilitar estudios mecanicistasfundamentales 76. Una de las deficiencias notables de los modelos organoides existentes es su limitada complejidad fisiológica y la falta de una composición celular diversa. Los desarrollos futuros deberán centrarse en incorporar componentes inmunes, neuronales, vasculares y estromales en los modelos organoides. Esto podría lograrse utilizando modelos de cocultivo que integran organoides con los tipos celularesmencionados 77,78. Concretamente, incorporar células inmunitarias permitirá modelar las respuestas inmunitarias sistémicas y la inflamación durante infecciones virales. Además, los organoides vascularizados pueden desarrollarse aún más para mejorar la complejidad fisiológica y recapitular mejor las condiciones in vivo 79,80. Así, los organoides cerebrales que incorporan tejidos endoteliales apoyarán la investigación sobre la función de la barrera hematoencefálica y la administración de fármacos durante infeccionesvirales 13,81. Además, los organoides cerebrales 3D pueden replicar varios aspectos clave de la infección viral en el cerebro. De hecho, varios modelos organoides con estructuras intrincadas que representan estrechamente diversas regiones cerebrales están actualmente bajo investigación82. Finalmente, la inclusión de componentes neuronales y estromales aumentaría aún más la fidelidad de los organoides a los sistemas orgánicos nativos. La reproducibilidad sigue siendo otro obstáculo serio para la aplicación más amplia de las tecnologías organoides. Por lo tanto, generar organoides robustos y altamente reproducibles es crucial para la posterior traducción de aplicaciones organoides. Diversos métodos para el aislamiento y siembra de celdas, así como la selección de matrices y factores solubles, deberían estandarizarse en todo elcampo 83. Cabe destacar que la composición del medio de cultivo, la densidad celular y el tiempo de cultivo pueden afectar los resultados de estos modelos. Por ello, se han introducido estrategias para reducir la variabilidad de la matriz, incluyendo hidrogeles sintéticos compuestos por redes poliméricas completamente definidas con características químicas y mecánicas precisamente controladas, como una alternativaprometedora 84. Estos organoides presentan una variabilidad mínima de lote a lote, lo que permite estudios controlados. Además, la creación de biobancos de organoides que representen diversas poblaciones de pacientes se convertiría en un recurso valioso para el descubrimiento de fármacos e identificación de biomarcadores. Las tecnologías emergentes de inteligencia artificial (IA) se están convirtiendo en herramientas importantes en la investigación deorganoides 85. La aplicación adicional de estas tecnologías puede acelerar los análisis y reducir el sesgo en la interpretación de datos. No obstante, las aplicaciones de IA en este campo aún están en sus primeras etapas. La incorporación de enfoques de IA en el desarrollo de organoides, como el análisis de imágenes impulsado porIA 86 o la optimización predictiva de las condiciones decultivo 87, facilitaría significativamente la investigación de organoides.

Conclusiones

Esta revisión ha examinado cómo se utilizan organoides cerebrales, cultivos neuronales 3D que imitan estrechamente la unidad neurovascular humana, para estudiar la invasión, replicación y daño al SNC causados por virus neurotrópicos. Aunque cada virus tiene características genéticas y estructurales únicas, muchos de los procesos patológicos desencadenados por virus en el cerebro son compartidos, y los modelos organoides han demostrado ser muy adecuados para diseccionar estos mecanismos comunes y diferentes. Una inflamación excesiva puede agravar el daño de las células nerviosas; Sin embargo, cuando el sistema inmunitario innato está debidamente controlado, puede limitar la propagación viral y proteger el tejido cerebral.

Los organoides 3D permiten el estudio de ambos efectos en un entorno más relevante fisiológicamente, donde los modelos animales y los cultivos celulares 2D no han logrado capturar estas dinámicas. Esta información es fundamental para combatir la patogénesis viral en el cerebro y para identificar tratamientos que actúen en las vías correctas sin aumentar la inflamación. Los organoides cerebrales han avanzado en su comprensión de las infecciones virales neurotrópicas, pero aún quedan por abordar algunas lagunas técnicas. Por ejemplo, la maduración lenta, la vasculatura limitada y la ausencia de componentes de BBB siguen siendo desafíos comunes. La variabilidad en las técnicas de diferenciación de organoides y las inconsistencias de lote a lote también dificultan la investigación que involucra organoides cerebrales. Además, se puede mejorar la cuantificación de la entrada viral, replicación, tropismo de tipo celular y respuestas del huésped en un contexto 3D controlado. El trabajo revisado en el manuscrito ha demostrado que los organoides cerebrales están entre los sistemas más relevantes disponibles para estudiar cómo interactúan los virus neurotrópicos con el cerebro humano, probar candidatos antivirales y evaluar la administración de fármacos al sistema nervioso central. A medida que la tecnología madure con una mejor vascularización, integración de células inmunitarias y adopción de protocolos estandarizados, los estudios basados en organoides estarán mejor posicionados para identificar compuestos y estrategias con un potencial real para la traducción clínica.

Abreviaturas: ASOs, oligonucleótidos antisentido; BBB, barrera hematoencefálica; CLRs, receptores de lectinas tipo C; sistema nervioso central; CRISPR, agrupados regularmente con repeticiones palindrómicas cortas y intercaladas; CXCL10, ligando quimioquina C-X-C motivado 10; DAMPs, patrones moleculares asociados al daño; EVs, vesículas extracelulares; hPSCs, células madre pluripotentes humanas; HSV-1/2, virus del herpes simple tipo 1/2; VIH-1, virus de inmunodeficiencia humana tipo 1; IFNs, interferones; IL-6, interleucina-6; ISGs, genes estimulados por interferón; LNPs, nanopartículas lipídicas; NLRs, receptores similares a NOD; PAMPs, patrones moleculares asociados a patógenos; PRRs, receptores de reconocimiento de patrones; ARNi, interferencia de ARN; RT-PCR, reacción en cadena de la polimerasa por transcripción inversa; sACE2-EVs, vesículas extracelulares decoradas con ACE2 solubles; SARS-CoV-2, coronavirus 2 de síndrome respiratorio agudo grave; scRNA-seq, secuenciación de ARN unicelular; TLRs, receptores tipo Toll; TNF-α, factor de necrosis tumoral alfa; ZIKV, virus Zika; 3D, tridimensional. ZIKV, Zikavirus; hPSC, célula madre pluripotente humana; HH, hippeastrina hidrobromuro; AQ, amodiaquina dihidrocloruro dihidratado; 25HC, 25-hidroxicolesterol, BBB, barrera hematoencefálica; cART, terapia combinada antirretroviral; CRISPR, agrupados regularmente con repeticiones palindrómicas cortas y intercaladas; hiPSC, célula madre pluripotente inducida humana; VIH-1, virus de inmunodeficiencia humana tipo 1; hPSC, célula madre pluripotente humana; VHS-1, virus del herpes simple tipo 1; ARNi, interferencia de ARN; SARS-CoV-2, coronavirus 2 de síndrome respiratorio agudo grave; TLR3, Estudio de neuronas 2D derivadas de iPSC con receptor tipo Toll 3.* incluido para comparación.

Divulgaciones

ChatGPT (OpenAI; GPT-5.5) se utilizó de forma limitada para ayudar en el cribado de la literatura y el refinamiento del lenguaje. Toda la selección de la literatura, la verificación de hechos, la verificación de referencias y la interpretación científica fueron realizadas de forma independiente por los autores.

Agradecimientos

Los autores agradecen sinceramente a todos los miembros del Laboratorio Kashachi, con un agradecimiento especial a Gwen Cox por su apoyo inestimable. Este estudio también contó con el apoyo de las subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) R01MH134389, AI078859 y AI074410 R21DA057887 y del Departamento de Defensa HT9425-24-1-0876 a F.K.

Referencias

  1. Lancaster MA, Knoblich JA. Generation of cerebral organoids from human pluripotent stem cells. Nature Protocols. 2014;9(10):2329-40.
  2. Chhibber T et al. CNS organoids: an innovative tool for neurological disease modeling and drug neurotoxicity screening. Drug Discovery Today. 2020;25(2):456-65.
  3. Eichmüller OL, Knoblich JA. Human cerebral organoids — a new tool for clinical neurology research. Nature Reviews Neurology. 2022;18(11):661-80.
  4. Al-Obaidi MMJ et al. Disruption of the blood brain barrier is vital property of neurotropic viral infection of the central nervous system. Acta Virologica. 2018;62(1):16-27.
  5. Lancaster MA et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 2013;501(7467):373-9.
  6. Kelava I, Lancaster MA. Dishing out mini-brains: Current progress and future prospects in brain organoid research. Developmental Biology. 2016;420(2):199-209.
  7. Velasco S et al. Individual brain organoids reproducibly form cell diversity of the human cerebral cortex. Nature. 2019;570(7762):523-7.
  8. Giandomenico SL et al. Cerebral organoids at the air–liquid interface generate diverse nerve tracts with functional output. Nature Neuroscience. 2019;22(4):669-79.
  9. Lancaster MA, Knoblich JA. Organogenesis in a dish: Modeling development and disease using organoid technologies. Science. 2014;345(6194):1247125.
  10. Elvira R, Tan EK, Zhou ZD. Three-dimensional midbrain organoids: a next-generation tool for Parkinson’s disease modelling and drug discovery. Stem Cell Research & Therapy. 2025;16(1):502.
  11. Kim S, Chang MY. Application of Human Brain Organoids—Opportunities and Challenges in Modeling Human Brain Development and Neurodevelopmental Diseases. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(15):12528.
  12. Noctor SC et al. Dividing Precursor Cells of the Embryonic Cortical Ventricular Zone Have Morphological and Molecular Characteristics of Radial Glia. The Journal of Neuroscience. 2002;22(8):3161-73.
  13. Sun XY et al. Generation of vascularized brain organoids to study neurovascular interactions. eLife. 2022;11:e76707.
  14. Onesto MM, Kim J, Pasca SP. Assembloid models of cell-cell interaction to study tissue and disease biology. Cell Stem Cell. 2024;31(11):1563-73.
  15. Liu D et al. Innate Immune Effectors Play Essential Roles in Acute Respiratory Infection Caused by Klebsiella pneumoniae. Journal of Immunology Research. 2020;2020:5291714.
  16. Louveau A, Harris TH, Kipnis J. Revisiting the Mechanisms of CNS Immune Privilege. Trends in Immunology. 2015;36(10):569-77.
  17. Zhou T et al. High-Content Screening in hPSC-Neural Progenitors Identifies Drug Candidates that Inhibit Zika Virus Infection in Fetal-like Organoids and Adult Brain. Cell Stem Cell. 2017;21(2):274-283.e5.
  18. Watanabe M et al. Self-Organized Cerebral Organoids with Human-Specific Features Predict Effective Drugs to Combat Zika Virus Infection. Cell Reports. 2017;21(2):517-32.
  19. Xu M et al. Identification of small-molecule inhibitors of Zika virus infection and induced neural cell death via a drug repurposing screen. Nature Medicine. 2016;22(10):1101-7.
  20. Xu YP et al. Zika virus infection induces RNAi-mediated antiviral immunity in human neural progenitors and brain organoids. Cell Research. 2019;29(4):265-73.
  21. Pettke A et al. Broadly Active Antiviral Compounds Disturb Zika Virus Progeny Release Rescuing Virus-Induced Toxicity in Brain Organoids. Viruses. 2020;13(1):37.
  22. Mesci P et al. SARS-CoV-2 infects human brain organoids causing cell death and loss of synapses that can be rescued by treatment with Sofosbuvir. PLOS Biology. 2022;20(11):e3001845.
  23. Lafaille FG et al. Impaired intrinsic immunity to HSV-1 in human iPSC-derived TLR3-deficient CNS cells. Nature. 2012;491(7426):769-73.
  24. Bellizzi A et al. Suppression of HSV-1 infection and viral reactivation by CRISPR-Cas9 gene editing in 2D and 3D culture models. Molecular Therapy. Nucleic Acids. 2024;35(3):102282.
  25. Karrasch M et al. Rapid acquisition of acyclovir resistance in an immunodeficient patient with herpes simplex encephalitis. Journal of the Neurological Sciences. 2017;384:89-90.
  26. Collotta D, Bertocchi I, Chiapello E, Collino M. Antisense oligonucleotides: a novel Frontier in pharmacological strategy. Frontiers in Pharmacology. 2023;14:1304342.
  27. Robertson K, Liner J, Meeker RB. Antiretroviral neurotoxicity. Journal of NeuroVirology. 2012;18(5):388-99.
  28. Akay C et al. Antiretroviral drugs induce oxidative stress and neuronal damage in the central nervous system. Journal of NeuroVirology. 2014;20(1):39-53.
  29. Fan P et al. The Application of Brain Organoids in Assessing Neural Toxicity. Frontiers in Molecular Neuroscience. 2022;15:799397.
  30. Kong W et al. Neuroinflammation generated by HIV-infected microglia promotes dysfunction and death of neurons in human brain organoids. PNAS Nexus. 2024;3(5):pgae179.
  31. dos Reis RS et al. Modeling HIV-1 neuropathogenesis using three-dimensional human brain organoids (hBORGs) with HIV-1 infected microglia. Scientific Reports. 2020;10(1):15209.
  32. Donadoni M et al. Modeling HIV-1 infection and NeuroHIV in hiPSCs-derived cerebral organoid cultures. Journal of Neurovirology. 2024;30(4):362-79.
  33. Mehta M et al. Lipid-Based Nanoparticles for Drug/Gene Delivery: An Overview of the Production Techniques and Difficulties Encountered in Their Industrial Development. ACS Materials Au. 2023;3(6):600-19.
  34. Liu J et al. BNT162b2-elicited neutralization of Delta plus, Lambda, Mu, B.1.1.519, and Theta SARS-CoV-2 variants. npj Vaccines. 2022;7(1):41.
  35. Wilson B, Geetha KM. Lipid nanoparticles in the development of mRNA vaccines for COVID-19. Journal of Drug Delivery Science and Technology. 2022;74:103553.
  36. Khare P et al. Lipid nanoparticle-mediated drug delivery to the brain. Advanced Drug Delivery Reviews. 2023;197:114861.
  37. Zhao Z et al. Red Blood Cell Anchoring Enables Targeted Transduction and Re-Administration of AAV-Mediated Gene Therapy. Advanced Science. 2022;9(24):2201293.
  38. Bergmann S et al. Blood–brain-barrier organoids for investigating the permeability of CNS therapeutics. Nature Protocols. 2018;13(12):2827-43.
  39. Mészáros M et al. Targeting Human Endothelial Cells with Glutathione and Alanine Increases the Crossing of a Polypeptide Nanocarrier through a Blood–Brain Barrier Model and Entry to Human Brain Organoids. Cells. 2023;12(3):503.
  40. Lee SWL et al. Modeling Nanocarrier Transport across a 3D In Vitro Human Blood-Brain-Barrier Microvasculature. Advanced Healthcare Materials. 2020;9(7):e1901486.
  41. Sokolova V et al. Transport of ultrasmall gold nanoparticles (2 nm) across the blood–brain barrier in a six-cell brain spheroid model. Scientific Reports. 2020;10(1):18033.
  42. Kostka K et al. The Application of Ultrasmall Gold Nanoparticles (2 nm) Functionalized with Doxorubicin in Three-Dimensional Normal and Glioblastoma Organoid Models of the Blood–Brain Barrier. Molecules. 2024;29(11):2469.
  43. Park SB et al. Gold nanoparticle-assisted delivery of brain-derived neurotrophic factor to cerebral organoids. Nano Research. 2022;15(4):3099-105.
  44. Da Silva-Candal A et al. Shape effect in active targeting of nanoparticles to inflamed cerebral endothelium under static and flow conditions. Journal of Controlled Release. 2019;309:94-105.
  45. Park TE et al. Hypoxia-enhanced Blood-Brain Barrier Chip recapitulates human barrier function and shuttling of drugs and antibodies. Nature Communications. 2019;10(1):2621.
  46. Mantle JL, Lee KH. Immunoglobulin G transport increases in an in vitro blood–brain barrier model with amyloid-β and with neuroinflammatory cytokines. Biotechnology and Bioengineering. 2019;116(7):1752-61.
  47. Branscome H et al. Retroviral infection of human neurospheres and use of stem Cell EVs to repair cellular damage. Scientific Reports. 2022;12(1):2019.
  48. Kim HK et al. Engineered small extracellular vesicles displaying ACE2 variants on the surface protect against SARS-CoV-2 infection. Journal of Extracellular Vesicles. 2022;11(1):e12179.
  49. Deschamps T, Kalamvoki M. Extracellular Vesicles Released by Herpes Simplex Virus 1-Infected Cells Block Virus Replication in Recipient Cells in a STING-Dependent Manner. Journal of Virology. 2018;92(18):e01102-18.
  50. Leite PEC et al. Suitability of 3D human brain spheroid models to distinguish toxic effects of gold and poly-lactic acid nanoparticles to assess biocompatibility for brain drug delivery. Particle and Fiber Toxicology. 2019;16(1):22.
  51. Kumarasamy M, Sosnik A. Heterocellular spheroids of the neurovascular blood-brain barrier as a platform for personalized nanoneuromedicine. iScience. 2021;24(3):102183.
  52. Liu L et al. The cytotoxicity of zinc oxide nanoparticles to 3D brain organoids results from excessive intracellular zinc ions and defective autophagy. Cell Biology and Toxicology. 2023;39(1):259-75.
  53. Venegas C, Heneka MT. Danger-associated molecular patterns in Alzheimer’s disease. Journal of Leukocyte Biology. 2017;101(1):87-98.
  54. Lester SN, Li K. Toll-Like Receptors in Antiviral Innate Immunity. Journal of Molecular Biology. 2014;426(6):1246-64.
  55. Slowikowski E, Willems C, Marques PE. Leukocyte recruitment in flavivirus-induced encephalitis. Frontiers in Immunology. 2025;16:1650903.
  56. Rendon-Mitchell B et al. IFN-γ Induces High Mobility Group Box 1 Protein Release Partly Through a TNF-Dependent Mechanism. The Journal of Immunology. 2003;170(7):3890-7.
  57. Schiraldi M et al. HMGB1 promotes recruitment of inflammatory cells to damaged tissues by forming a complex with CXCL12 and signaling via CXCR4. Journal of Experimental Medicine. 2012;209(3):551-63.
  58. Soong L et al. Type 1-skewed neuroinflammation and vascular damage associated with Orientia tsutsugamushi infection in mice. PLOS Neglected Tropical Diseases. 2017;11(7):e0005765.
  59. Shastri A, Bonifati DM, Kishore U. Innate Immunity and Neuroinflammation. Mediators of Inflammation. 2013;2013:1-19.
  60. Saifuddin M et al. Role of virion-associated glycosylphosphatidylinositol-linked proteins CD55 and CD59 in complement resistance of cell line-derived and primary isolates of HIV-1. The Journal of Experimental Medicine. 1995;182(2):501-9.
  61. Bennett JM, Reeves G, Billman GE, Sturmberg JP. Inflammation–Nature’s Way to Efficiently Respond to All Types of Challenges: Implications for Understanding and Managing “the Epidemic” of Chronic Diseases. Frontiers in Medicine. 2018;5:316.
  62. Deeks SG, Tracy R, Douek DC. Systemic Effects of Inflammation on Health during Chronic HIV Infection. Immunity. 2013;39(4):633-45.
  63. Zapata HJ, Shaw AC. Aging of the human innate immune system in HIV infection. Current Opinion in Immunology. 2014;29:127-36.
  64. Peluso MJ et al. Markers of Immune Activation and Inflammation in Individuals With Postacute Sequelae of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 Infection. The Journal of Infectious Diseases. 224(11):1839-48.
  65. Brodin P. Immune determinants of COVID-19 disease presentation and severity. Nature Medicine. 2021;27(1):28-33.
  66. Marcocci ME et al. Herpes Simplex Virus-1 in the Brain: The Dark Side of a Sneaky Infection. Trends in Microbiology. 2020;28(10):808-20.
  67. Hait AS et al. Defects in LC3B2 and ATG4A underlie HSV2 meningitis and reveal a critical role for autophagy in antiviral defense in humans. Science Immunology. 2020;5(54):eabc2691.
  68. Collins-McMillen D, Buehler J, Peppenelli M, Goodrum F. Molecular Determinants and the Regulation of Human Cytomegalovirus Latency and Reactivation. Viruses. 2018;10(8):444.
  69. Pizzigallo E, Racciatti D, Gorgoretti V. EBV CHRONIC INFECTIONS. Mediterranean Journal of Hematology and Infectious Diseases. 2010;2(1):e2010022.
  70. Piazzidan K et al. Immune and Immune-Integrated Organoids as NextGeneration Platforms for Disease Modeling. MedComm. 2025;6(12):e70531.
  71. Ormel PR et al. Microglia innately develop within cerebral organoids. Nature Communications. 2018;9(1):4167.
  72. Huang Y et al. Research Progress, Challenges, and Breakthroughs of Organoids as Disease Models. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2021;9:740574.
  73. Chu JTS, Lamers MM. Organoids in virology. npj Viruses. 2024;2(1):5.
  74. Aguilar C et al. Organoids as host models for infection biology – a review of methods. Experimental & Molecular Medicine. 2021;53(10):1471-82.
  75. Volpato V et al. Reproducibility of Molecular Phenotypes after Long-Term Differentiation to Human iPSC-Derived Neurons: A Multi-Site Omics Study. Stem Cell Reports. 2018;11(4):897-911.
  76. Kim J, Koo BK, Knoblich JA. Human organoids: model systems for human biology and medicine. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2020;21(10):571-84.
  77. Sabate-Soler S, Kurniawan H, Schwamborn JC. Advanced brain organoids for neuroinflammation disease modeling. Neural Regeneration Research. 2023;19(1):154-5.
  78. Buonfiglioli A et al. A microglia-containing cerebral organoid model to study early life immune challenges. Brain, Behavior, and Immunity. 2025;123:1127-46.
  79. Zhu Z et al. Advances in the Development and Application of Human Organoids: Techniques, Applications, and Future Perspectives. Cell Transplantation. 2025;34:09636897241303271.
  80. Kistemaker L, Bodegraven EJ, Vries HE, Hol EM. Vascularized human brain organoids: current possibilities and prospects. Trends in Biotechnology. 2025;43(6):1275-85.
  81. Zhang S, Wan Z, Kamm RD. Vascularized organoids on a chip: strategies for engineering organoids with functional vasculature. Lab on a Chip. 2021;21(3):473-88.
  82. Kshirsagar et al. Multi-Region Brain Organoids Integrating Cerebral, Mid-Hindbrain, and Endothelial Systems. Advanced Science. 2025. Available from: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202503768.
  83. Zhao HH, Haddad G. Brain organoid protocols and limitations. Frontiers in Cellular Neuroscience. 2024;18.
  84. Gan Z et al. Recent advances in defined hydrogels in organoid research. Bioactive Materials. 2023;28:386-401.
  85. Shi H et al. Organoid intelligence: Integration of organoid technology and artificial intelligence in the new era of in vitro models. Medicine in Novel Technology and Devices. 2024;21:100276.
  86. Okamoto T et al. Integration of human inspection and artificial intelligence-based morphological typing of patient-derived organoids reveals interpatient heterogeneity of colorectal cancer. Cancer Science. 2022;113(8):2693-703.
  87. Kowalczewski A et al. Design optimization of geometrically confined cardiac organoids enabled by machine learning techniques. Cell Reports Methods. 2024;4(6):100798.

Reimpresiones y permisos

Etiquetas

Biolog aN mero 234N mero 234Valor vac oN mero3DInfecci n viralReparaci n
Contáctenos
Recomendar a la biblioteca

Privacidad

Condiciones de uso

Políticas

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados.