Reconstruction de la barrière hémato-encéphalique in vitro pour modéliser et cibler thérapeutiquement les maladies neurologiques

Camille Goldman; Natalie Suhy; Jessica E. Schwarz; Emily Ruth Sartori; Rikki B. Rooklin; Braxton R. Schuldt; Louise A. Mesentier-Louro; Joel W. Blanchard

doi:10.3791/65921

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Article de méthode

Reconstruction de la barrière hémato-encéphalique in vitro pour modéliser et cibler thérapeutiquement les maladies neurologiques

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DOI :

10.3791/65921

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20 octobre 2023

Camille Goldman^*¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Natalie Suhy^*¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Jessica E. Schwarz¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Emily Ruth Sartori¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Rikki B. Rooklin¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Braxton R. Schuldt¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Louise A. Mesentier-Louro¹^,²^,³^,⁴^,⁵ , Joel W. Blanchard¹^,²^,³^,⁴^,⁵

¹Icahn School of Medicine at Mount Sinai, ²Black Family Stem Cell Institute at Mount Sinai, ³Ronald M. Loeb Center for Alzheimer’s Disease at Mount Sinai, ⁴Friedman Brain Institute at Mount Sinai, ⁵Nash Family Department of Neuroscience at Mount Sinai

^* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

La barrière hémato-encéphalique joue un rôle crucial dans le maintien d’un environnement cérébral stable et sain. Le dysfonctionnement de la BHE est associé à de nombreuses maladies neurologiques. Nous avons développé un modèle 3D dérivé de cellules souches de la BHE pour étudier la pathologie cérébrovasculaire, l’intégrité de la BHE et la façon dont la BHE est modifiée par la génétique et la maladie.

Résumé

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est un élément physiologique clé du système nerveux central (SNC), qui maintient les nutriments, élimine les déchets et protège le cerveau des agents pathogènes. Les propriétés barrières inhérentes à la BHE posent un défi pour l’administration de médicaments thérapeutiques dans le SNC pour traiter les maladies neurologiques. L’altération de la fonction BHE a été associée à une maladie neurologique. L’angiopathie amyloïde cérébrale (AAC), le dépôt d’amyloïde dans le système vasculaire cérébral conduisant à une BHE compromise, est une comorbidité dans la plupart des cas de maladie d’Alzheimer (MA), ce qui suggère que le dysfonctionnement ou la dégradation de la BHE peut être impliqué dans la neurodégénérescence. En raison de l’accès limité aux tissus de la BHE humaine, les mécanismes qui contribuent au bon fonctionnement de la BHE et à la dégénérescence de la BHE demeurent inconnus. Pour remédier à ces limitations, nous avons mis au point une BHE dérivée de cellules souches pluripotentes humaines (iBBB) en incorporant des cellules endothéliales, des péricytes et des astrocytes dans une matrice 3D. L’iBBB s’auto-assemble pour récapituler l’anatomie et les interactions cellulaires présentes dans la BHE. L’ensemencement des iBBB avec de l’amyloïde capture les aspects clés de l’ACA. De plus, l’iBBB offre une plate-forme flexible pour moduler les facteurs génétiques et environnementaux impliqués dans les maladies cérébrovasculaires et la neurodégénérescence, afin d’étudier comment la génétique et le mode de vie affectent le risque de maladie. Enfin, l’iBBB peut être utilisé pour le criblage de médicaments et les études de chimie médicinale afin d’optimiser l’administration thérapeutique au SNC. Dans ce protocole, nous décrivons la différenciation des trois types de cellules (cellules endothéliales, péricytes et astrocytes) issues de cellules souches pluripotentes humaines, comment assembler les cellules différenciées dans l’iBBB, et comment modéliser l’AAC in vitro à l’aide de l’amyloïde exogène. Ce modèle permet de relever le défi d’étudier les tissus cérébraux humains vivants avec un système qui a à la fois une fidélité biologique et une flexibilité expérimentale, et permet d’interroger la BHE humaine et son rôle dans la neurodégénérescence.

Introduction

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est un réseau microvasculaire clé qui sépare le système nerveux central (SNC) de la périphérie afin de maintenir un environnement idéal pour le bon fonctionnement neuronal. Il joue un rôle essentiel dans la régulation de l’afflux et de l’efflux de substances dans le SNC^en maintenant l’homéostasie métabolique 1,2,3,4, en éliminant les déchets ^4,5,6 et en protégeant le cerveau des agents pathogènes et des toxines....