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Negli ultimi anni, è stato suggerito che l'infiammazione cerebrale assuma un ruolo fondamentale nella fisiopatologia di vari disturbi cerebrali e neuropsichiatrici; le microglia sono state evidenziate come cellule immunomodulatorie chiave dall'analisi cerebrale post mortem umana e dalle tecniche di bio-imaging basate sulla tomografia a emissione di positroni (PET) 1,2,3,4. Le analisi di imaging cerebrale e PET postmortem rivelano risultati significativi; Tuttavia, questi approcci sono inefficienti in termini di cattura delle attività molecolari dinamiche delle microglia umane nel cervello nella loro interezza. Pertanto, sono necessarie nuove strategie per consentire la valutazione completa delle funzioni e delle disfunzioni della microglia umana a livello molecolare e cellulare.
Nel 2014, abbiamo originariamente ingegnerizzato una nuova tecnica per produrre cellule simili alla microglia indotte direttamente (iMG) 5,6, prima della prima pubblicazione di cellule simili alla microglia derivate da cellule staminali pluripotenti indotte dall'uomo (iPSC) nel 20167. In sole 2 settimane, abbiamo convertito con successo i monociti del sangue periferico umano in cellule iMG ottimizzando le citochine, il fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi (GM-CSF) e l'interleuchina 34 (IL-34). Quando abbiamo sviluppato questa tecnica, l'innovativo metodo di riprogrammazione per indurre cellule neuronali da cellule iPS o fibroblasti stava appena iniziando a prevalere nel mondo 8,9,10,11. Tuttavia, a quel tempo, non era ancora stato riportato un metodo per indurre cellule microgliali derivate da iPS e si desiderava la generazione di un modello microgliale derivato da cellule somatiche umane. Poiché citochine come GM-CSF e IL-34, fattore stimolante le colonie di macrofagi, sono state riportate come necessarie per lo sviluppo e il mantenimento della microglia 12,13,14,15, abbiamo ipotizzato che una combinazione di queste citochine potrebbe essere applicata direttamente per generare un modello cellulare microgliale da monociti del sangue. Infine, siamo riusciti a sviluppare un modello di microglia derivato dai monociti combinando GM-CSF e IL-345. Inoltre, alcune di queste combinazioni di citochine sono impiegate anche per indurre la microglia dalle cellule iPS 7,16 e si presume che siano un fattore importante nell'acquisizione delle caratteristiche microgliali.
A differenza dei metodi iPSC, le cellule iMG non richiedono alcuna modificazione genetica e possono essere generate in brevissimo tempo mediante semplice induzione chimica, con conseguente riduzione dei tempi e dei costi finanziari. Inoltre, le cellule iMG non richiedono la riprogrammazione genetica, quindi riteniamo che le cellule iMG siano potenti cellule surrogate per valutare non solo i tratti ma anche gli stati della microglia umana. Nell'articolo iniziale sulla tecnica iMG nel 2014, abbiamo confermato che le cellule iMG mostrano un fenotipo di microglia umana, che può essere distinto dai monociti e dai macrofagi. Ad esempio, le cellule iMG hanno mostrato un rapporto di sovraespressione del recettore delle chemochine CX3C 1 (CX3CR1) e del recettore delle chemochine C-C di tipo 2 (CCR2) rispetto ai monociti e ai tipici marcatori della microglia, tra cui la proteina transmembrana 119 (TMEM 119) e il recettore purinergico P2RY12 5,17. Recentemente, abbiamo convalidato che le cellule iMG derivate dal sangue periferico assomigliano alla microglia cerebrale nel loro profilo di espressione genica di marcatori microgliali ben noti nello stesso paziente che ha subito interventi chirurgici al cervello18. Le cellule iMG possono essere analizzate per funzioni dinamiche a livello molecolare, come la fagocitosi e la produzione di citochine, e si prevede che compensino gli svantaggi della ricerca cerebrale post-mortem e degli studi PET.
Abbiamo scoperto meccanismi fisiopatologici dinamici precedentemente sconosciuti che coinvolgono la microglia in pazienti con diagnosi di malattia di Nasu-Hakola5, fibromialgia19, disturbo bipolare20,21 o malattia di Moyamoya22. Inoltre, sulla base della nostra metodologia originale, vari laboratori hanno impiegato le cellule iMG (alcuni laboratori hanno designato nomi alternativi a queste cellule) come strumento cruciale di ricerca traslazionale inversa 23,24,25,26,27. Sellgren et al. hanno generato con successo cellule iMG in conformità con le nostre raccomandazioni e hanno condotto un'analisi di microarray, che ha rivelato che queste cellule assomigliano molto alla microglia cerebrale umana23. Recentemente, abbiamo confermato la somiglianza tra le cellule iMG umane e la microglia primaria cerebrale utilizzando il sequenziamento dell'RNA18.
Questo studio mirava a documentare la metodologia per generare cellule iMG dal sangue periferico umano per facilitare la ricerca traslazionale inversa incentrata sulle malattie neuropsichiatriche. Questa tecnica presenta il potenziale come uno strumento analitico ragionevole in grado di produrre senza sforzo modelli cellulari microgliali in un breve periodo, anche in laboratori mal attrezzati che mancano di apparecchiature di trasferimento genico o personale competente.