Artykuł przeglądowy

Organoidy mózgu jako nowe platformy do modelowania zakażeń układu nerwowego centralnego: neuropatogeneza, odkrywanie terapii i dostarczanie leków

136 wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/70757

⸱

7 sierpnia 2026

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

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Niniejsza recenzja bada organoidalne mózgowe jako platformy do modelowania wybranych infekcji wirusowych neurotropowych i podkreśla ich zastosowania w patogenezie wirusowej, odkrywaniu przeciwwirusów, odpowiedziach odporności wrodzonej i dostarczaniu leków ukierunkowanych na ośrodkowy układ nerwowy (OUN).

Streszczenie

Neurotropowe wirusy pozostają wyzwaniem dla zdrowia publicznego na całym świecie, a mechanizmy, za pomocą których uszkadzają ludzki mózg, nie są jeszcze w pełni zrozumiane. Modele zwierzęce są często ograniczone przez aspekty specyficzne dla człowieka w biologii OUN, podczas gdy dwuwymiarowe (2D) kultury komórkowe nie mogą odtworzyć złożonych, trójwymiarowych (3D) interakcji komórkowych, które występują podczas infekcji wirusowej mózgu. W ciągu ostatniej dekady kultury organoidów mózgowych pochodzące z ludzkich komórek macierzystych stały się fizjologicznie istotnymi modelami, które radzą sobie z tymi ograniczeniami. Te 3D kultury samoistnie układają się w struktury zawierające neurony, astrocyty i komórki progenitorowe ułożone w wzorcach przypominających wczesny rozwój mózgu. W tym przeglądzie omówiono zastosowanie organoidów mózgowych w badaniach nad infekcjami wywoływanymi przez wirusa Zika (ZIKV), ciężki ostry zespół oddechowy koronawirusa 2 (SARS-CoV-2), wirusa opryszczki pospolitej (HSV) i ludzkiego wirusa niedoboru odporności typu 1 (HIV-1). Badania zostały przeszukane w PubMed i wyselekcjonowane w oparciu o ich istotność dla modelowania infekcji OUN opartych na organoidach, przesiewania leków przeciwwirusowych, dostarczania leków do OUN i neurozapalenie. Przesiewanie przeciwwirusowe oparte na organoidach zidentyfikowało obiecujące związki z bibliotek zawierających ponad 1000 kandydatów. Omówiono również strategie dostarczania leków, ze szczególnym uwzględnieniem nanocząstek, nośników polimerowych i zewnątrzkomórkowych pęcherzyków (EVs) ocenianych w modelach organoidowych i sferycznych pod kątem ich zdolności do przenikania przez barierę krew-mózg (BBB) i dostarczania terapeutycznego ładunku do komórek nerwowych. Omówiono również role wzorców molekularnych związanych z uszkodzeniem i patogenem (DAMPs i PAMPs) w neurozapaleniu, unikaniu dopełniacza i przewlekłym uszkodzeniu po infekcji, w tym długotrwałej COVID-19. Omówiono również obecne ograniczenia, w tym brak funkcjonalnej naczyniowości, niekompletne komponenty BBB i wyzwania dotyczące reprodukowalności. Mimo tych ograniczeń, organoidy OUN łączą lukę między badaniami podstawowymi a zastosowaniami klinicznymi, przyspieszając rozwój skutecznych terapii infekcji wirusowych mózgu.

Wprowadzenie

Ośrodkowy układ nerwowy (OUN) jest złożonym systemem obejmującym odrębne obszary funkcjonalne mózgu i rdzenia kręgowego. Organoidy OUN, często nazywane „mini-mózgami”, to trójwymiarowe (3D) wielokomórkowe struktury, które naśladują rozwijający się ludzki mózg. Są one generowane głównie z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych (hPSCs), które mogą samoorganizować się w tkanki reprezentujące różnorodne obszary mózgu. Mini-mózgi te odtwarzają wzorce epigenetyczne, strukturę oraz markery transkrypcyjne rozwijającego się mózgu1,2,3.

Metoda generowania organoidów mózgowych z wykorzystaniem indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSCs) pochodzących od pacjentów została opracowana po raz pierwszy w 2013 roku4. Przed tym odkryciem dostęp do ludzkiej tkanki mózgowej był ograniczony ze względu na kwestie etyczne związane z prowadzeniem badań eksperymentalnych, w szczególności tych dotyczących tkanki mózgowej płodu lub tkanek in utero2. Opracowanie organoidów mózgowych wykazało możliwość naśladowania ludzkiego neurorozwoju, w tym tworzenia wyraźnych regionów mózgu, takich jak kora mózgowa. Lancaster et al. przedstawili pierwszy dowód eksperymentalny na to, że komórki macierzyste mogą tworzyć złożone struktury neuronalne in vitro, oferując model, który dokładniej odzwierciedla ludzką fizjologię niż konwencjonalne dwuwymiarowe (2D) hodowle komórkowe5. Co istotne, niektóre ludzkie zaburzenia neurorozwojowe, takie jak mikrocefalia, okazały się trudne do odtworzenia w modelach gryzoni, co dodatkowo podkreśla potrzebę stosowania systemów pochodzenia ludzkiego6.

Organoidy OUN zawierają wiele typów komórek, które różnicują się i tworzą wielowarstwowe struktury przypominające rozwijający się mózg7, co czyni je odpowiednimi do wysokoprzepustowych badań neurogenezy, migracji neuronalnej oraz nieprawidłowości rozwojowych8. Generowanie organoidów OUN rozpoczyna się od pluripotencjalnych komórek macierzystych (PSCs), do których należą iPSCs oraz embrionalne komórki macierzyste. Embrionalne komórki macierzyste są poddawane działaniu czynników wzrostu i inhibitorów sygnałowych w celu promowania różnicowania w komórki neuronalne i naśladowania wczesnego rozwoju embrionalnego2. Gdy komórki zaczną się agregować, podlegają samoorganizacji w środowisku 3D i często są osadzane w macierzy pozakomórkowej w celu zapewnienia stabilności strukturalnej. Organoidy są następnie zazwyczaj utrzymywane w dynamicznych warunkach hodowli, takich jak wirujące bioreaktory lub wstrząsanie orbitalne, aby poprawić dostarczanie składników odżywczych i tlenu oraz wspierać dalszy wzrost9. Można również generować organoidy specyficzne dla poszczególnych regionów przedmózgowia, śródmózgowia i rhomboencephalonu, korzystając z protokołów kierowanych w zminiaturyzowanych wirujących bioreaktorach, przy czym odrębne regiony przypominające mózg wyłaniają się zazwyczaj w ciągu od kilku tygodni do kilku miesięcy9,10,11. Organoidy OUN odwzorowują wiele kluczowych cech strukturalnych rozwijającego się ludzkiego mózgu, w tym regiony komorowe zawierające glej promienisty, który stanowi rusztowanie dla migrujących neuronów, oraz progenitorów pośrednich, które powiększają populacje neuronalne12. Wczesne neurony tworzą warstwy przypominające korowe z wyłaniającymi się sieciami synaptycznymi. Chociaż organoidy nie replikują w pełni rozmiaru ani organizacji dojrzałego mózgu, są one bardziej istotne fizjologicznie niż tradycyjne hodowle monowarstwowe.

Główną zaletą organoidów OUN jest ich zdolność do modelowania czasu rozwoju. Hodowle rozwijają się od kilku tygodni do kilku miesięcy, co odpowiada rozwojowi ludzkiego mózgu płodowego. Pozwala to badaczom na obserwację w czasie rzeczywistym procesów neurologicznych, takich jak neurogeneza, wydłużanie aksonów oraz wczesne tworzenie się obwodów neuronalnych. Organoidy można również zaprogramować tak, aby zawierały mikroglej, komórki przypominające naczynia krwionośne, a nawet komponenty bariery krew-mózg (BBB), takie jak astrocyty, komórki śródbłonka i perycyty. Takie organoidy mogą wspierać badania nad odpowiedziami immunologicznymi i transportem substancji13. Dodatkowo organoidy można łączyć w celu tworzenia assembloidów, czyli samorganizujących się systemów modelujących komunikację między różnymi obszarami mózgu14. Dzięki tym możliwościom organoidy OUN oferują bezpośredni sposób badania tego, jak wirusy neurotropowe naciekają, replikują się i uszkadzają mózg – kwestii, które od dawna były trudne do rozstrzygnięcia przy użyciu konwencjonalnych modeli.

Istnieje ogromna liczba i różnorodność wirusów neurotropowych, które mogą atakować ludzki mózg, w tym flawiwirusy, koronawirusy zespołu ciężkiego ostrego zespołu oddechowego 2 (SARS-CoV-2), wirus opryszczki prostego (HSV) oraz ludzki wirus niedoboru odporności typu 1 (HIV-1). Opracowanie skutecznych terapii przeciwwirusowych jest kluczowe, lecz pozostaje trudne ze względu na złożoność interakcji między wirusem a mózgiem. Mózg jest uważany za organ uprzywilejowany immunologicznie, co jest wspierane przez BBB, która zapobiega przedostawaniu się dużych komórek i cząsteczek odpornościowych z krwiobiegu do mózgu.

Wirusy neurotropowe wykształciły różnorodne strategie przełamywania tej bariery, w tym migrację transkomórkową, rozszczelnianie połączeń ścisłych oraz mechanizm „konia trojańskiego”, w którym zakażone komórki odpornościowe przenoszą wirusa przez śródbłonek4. W efekcie nadzór immunologiczny w mózgu jest ograniczony, co utrudnia eliminację wirusów. Co więcej, komponenty komórkowe BHE, w tym komórki śródbłonka, astrocyty i perycyty, wykazują ekspresję receptorów rozpoznających wzorce, które wykrywają wirusowe molekularne wzorce związane z patogenami (PAMPs) i inicjują wrodzone odpowiedzi immunologiczne, choć sygnały prozapalne mogą paradoksalnie pogarszać uszkodzenie BHE15. Ponadto ograniczony dostęp do ludzkiej tkanki mózgowej utrudnia badania nad interakcjami wirusów z komórkami neuronalnymi oraz dostarczanie silnych środków przeciwwirusowych do OUN. Te połączone wyzwania utrudniają odkrywanie nowych leków przeciwwirusowych do leczenia infekcji wirusowych na wszystkich etapach rozwoju i w każdym wieku, co sprawia, że niezbędne jest lepsze zrozumienie interakcji wirusów z mózgiem oraz opracowanie nowych strategii terapeutycznych do walki z tymi infekcjami16. Podsumowując, niniejszy przegląd podkreśla użyteczność organoidów OUN w badaniu neurotropowych infekcji wirusowych, mechanizmów neurozapalenia oraz w poszukiwaniu leków przeciwwirusowych. Rycina 1 przedstawia przegląd głównych zastosowań organoidów mózgu w modelowaniu neurotropowych infekcji wirusowych, badaniu interakcji gospodarz-patogen oraz rozwoju terapii przeciwwirusowych.

Schemat 3D organoidów mózgu; neuroinwazja, przesiew antywirusowy, terapie w badaniach neurologicznych.
Rysunek 1: Organoidy mózgu jako platformy o znaczeniu dla człowieka do modelowania neurotropowych infekcji wirusowych OUN. Rysunek przedstawia przegląd kluczowych zagadnień, ze szczególnym uwzględnieniem trójwymiarowych (3D) organoidów mózgu jako modeli eksperymentalnych. Wirusy neurotropowe omówione w niniejszym przeglądzie obejmują HIV-1, HSV-1/2, SARS-CoV-2 oraz ZIKV. Różne modele organoidów mózgu umożliwiają badania nad patogenezą wirusową, interakcjami gospodarz-patogen, dysfunkcją bariery krew-mózg (BBB) oraz odpowiedziami neurozapalnymi z udziałem neuronów, astrocytów, mikrogleju i komórek śródbłonka mózgu. Organoidy mózgu stanowią fizjologicznie istotne platformy do przesiewu leków przeciwwirusowych i oceny terapii przeciwwirusowych. Utworzono w BioRender. Kashanchi, F. (2026) https://BioRender.com/y7eenju Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Przegląd i perspektywa

Odkrycie terapeutyczne w organoidalach mózgu zakażonych wirusem

Wykrywanie przeciwwirusowe

Brakuje zatwierdzonych terapii dla wielu neurotropowych infekcji wirusowych, co ogranicza opcje leczenia poza opieką wspierającą. Organoidy mózgu są cennym narzędziem do odkrywania nowych związków przeciwwirusowych, umożliwiając przesiewowe badania leków w fizjologicznie odpowiednim, 3D środowisku przypominającym ludzką tkankę mózgową. W początkowej studiu, przesiewowe badania chemiczne 1120 zatwierdzonych leków i kandydatów do leków przeprowadzono przeciwko ZIKV w organoidalach mózgu przypominających płód. Aktywność przeciwwirusową oceniono na podstawie proliferacji komórek i supresji infekcji ZIKV. Ze wszystkich przetestowanych związków, dziewięć wykazało potencjał, przy czym dwa związki - hippeastryna hydrobromide (HH) i amodiachina dihydrochlorek dihydrat (AQ) - wyróżniły się ze względu na ich silne działanie przeciwwirusowe, znacząco zmniejszając infekcję poprzez hamowanie produkcji RNA wirusa17.

Kilka kolejnych badań zbadano związki celowane na różne etapy cyklu życia wirusa. W badaniu Watanabe i in., 25-hydroksycholesterol (25HC), związek, który blokuje wnikanie wirusa poprzez hamowanie fuzji błon, zmniejszył poziom mRNA ZIKV w organoidalach korowych o ~74% i zmniejszył liczbę ZIKV-dodatnich komórek o ~72%. Ponadto, to samo badanie oceniło związki przeciwwirusowe celowane na receptor AXL wyrażany na komórkach prążkowiennych nerwowym. Małocząsteczkowy inhibitor domeny kinazy tyrozynowej AXL, R428, wywołał nieznaczne zmniejszenie poziomu mRNA ZIKV (~41%). Jednak leczenie przeciwciałem anty-AXL nie znacząco zmniejszyło poziom mRNA ZIKV18. Wreszcie, trzy przeciwwirusowe leki przeciwko flaviwirusowi, duramicina, ivermektyna i azytromycyna, zostały przetestowane w organoidalach. Duramicina i ivermektyna znacząco zmniejszyły poziom mRNA ZIKV, podczas gdy azytromycyna nie wykazała efektu ochronnego przed ZIKV, jak wykazano za pomocą RT-qPCR i immunobarwienia18.

W oddzielnym badaniu, Xu i in. przesito 173 związki jako supresory aktywności kapsy-3 indukowanej przez ZIKV i zidentyfikowano emricasan jako najsilniejszy kandydat neuroprotekcyjny bez wpływu na proliferację komórek w organoidalach mózgu. Dwa dodatkowe związki, niclosamida i PHA-690509, wykazały znaczącą aktywność przeciwko ZIKV poprzez hamowanie replikacji wirusa w etapie post-entry w sposób zależny od dawki. Ponadto, współczesne leczenie emricasanem i PHA-690509 wywołało efekt adytywny i zachowało żywotność astrocytów po infekcji ZIKV19. W innym badaniu, enoksacyna, wzmacniacz interferencji RNA (RNAi), wykazała bezpośrednie działanie przeciwwirusowe w komórkach kompetentnych RNAi i całkowicie zapobiegła mikrocefelicznym fenotipom indukowanym przez ZIKV w organoidalach mózgu, sugerując, że wzmacnianie naturalnych ścieżek przeciwwirusowych w komórkach prążkowiennych nerwowych może stanowić skuteczną strategię terapeutyczną20.

Pettke i in. następnie przesito 110 strukturalnych analogów TH3289 w wielu dawkach w organoidalach zakażonych ZIKV21. Dwa związki, TH3289 i TH6744, wykazały najsilniejsze działanie przeciwwirusowe, a najbardziej aktywne trafienia dzieliły rdzeń benzimidazolonowy. To badanie było istotne, ponieważ system organoidalny umożliwił nie tylko szybkie przesiewowe badania związków, ale także dalsze badania mechanizmu. Na przykład, TH6744 okazało się zakłócać późne etapy cyklu życia ZIKV21.

Organoidy mózgu zostały również wykorzystane do identyfikacji kandydatów terapeutycznych na zakażenie SARS-CoV-2. Zatwierdzony przez FDA lek przeciwko wirusowi zapalenia wątroby C, sofosbuwir, poprawił przeżycie neuronów i odratował upośledzoną synaptogenezę w organoidalach mózgu zakażonych SARS-CoV-222. Organoidy mózgu przyczyniły się również do zrozumienia zakażenia ośrodkowego układu nerwowego przez HSV-1; jednak przesiewowe badania leków przeciwwirusowych dla HSV-1 w modelach organoidalnych pozostają ograniczone w porównaniu z badaniami nad ZIKV i SARS-CoV-2. Studium punktowe za pomocą pochodzących z komórek macierzystych neuronów wykazało, że niedobór TLR3 sprawia, że ludzkie neurony są podatne na infekcję HSV-1, ujawniając zjawisko specyficzne dla ludzi, którego modele na gryzoniach nie uchwyciły23. Bardziej niedawno, Bellizzi i in. wykazali, że użycie sekwencji genów HSV-1 za pomocą CRISPR-Cas9 tłumi zarówno pierwotną infekcję, jak i reaktywację wirusa w 3D kulturach organoidalnych, ustanawiając edycję genów jako wykonalną strategię przeciwwirusową dla infekcji ośrodkowego układu nerwowego przez herpeswirusy24. Biorąc pod uwagę, że oporność na acyklowir jest rozwijając

Wnioski

To przegląd zbadał, jak organoidy mózgowe, 3D kultury neuronalne, które w dużym stopniu naśladują ludzką jednostkę neurovaskularną, są wykorzystywane do badania inwazji, replikacji i uszkodzenia OUN wywołanych przez wirusy neurotropowe. Chociaż każdy wirus ma unikalne cechy genetyczne i strukturalne, wiele procesów patologicznych wyzwanych przez wirusy w mózgu jest wspólnych, a modele organoidów okazały się dobrze nadawać się do analizy tych wspólnych i różnych mechanizmów. Nadmierna reakcja zapalna może pogorszyć uszkodzenie komórek nerwowych; jednak, gdy wrodzony układ odpornościowy jest odpowiednio kontrolowany, może ograniczać rozprzestrzenianie się wirusa i chronić tkankę mózgową.

3D organoidy umożliwiają badanie obu efektów w bardziej fizjologicznie odpowiednim otoczeniu, gdzie modele zwierzęce i 2D kultury komórkowe nie były w stanie uchwycić tych dynamiki. Informacje te są kluczowe dla zwalczania patogenezy wirusowej w mózgu i dla identyfikacji terapii, które działają na właściwe ścieżki bez zwiększania stanu zapalnego. Organoidy mózgowe poszerzyły zrozumienie infekcji wirusami neurotropowymi, ale nadal istnieją pewne luki techniczne, które należy wyeliminować. Na przykład wolne dojrzewanie, ograniczona naczyniowość i brak komponentów BBB pozostają częstymi wyzwaniami. Zmienność technik różnicowania organoidów i niekonsekwencje między poszczególnymi partiami również utrudniają badania z użyciem organoidów mózgowych. Ponadto ilościowe określenie wejścia wirusa, replikacji, tropizmu typu komórkowego i reakcji gospodarza w kontrolowanym kontekście 3D można poprawić. Przegląd przeprowadzony w manuskrypcie pokazał, że organoidy mózgowe należą do najbardziej odpowiednich systemów dostępnych do badania interakcji wirusów neurotropowych z ludzkim mózgiem, testowania kandydatów przeciwwirusowych i oceny dostarczania leków do OUN. W miarę dojrzewania technologii poprzez poprawę unaczynienia, integracji komórek odpornościowych i przyjęcia standaryzowanych protokołów, badania oparte na organoidach będą lepiej przystosowane do identyfikacji związków i strategii o rzeczywistym potencjale do przełożenia klinicznego.

Skroty: ASOs, oligonukleotydy antysensowe; BBB, bariera krew-mózg; CLRs, receptory lektynowe typu C; OUN, ośrodkowy układ nerwowy; CRISPR, skupione regularnie przerwane krótkie palindromowe powtórzenia; CXCL10, ligand chemiokiny motywu C-X-C 10; DAMPs, wzorce molekularne związane z uszkodzeniem; EV, pęcherzyki pozakomórkowe; hPSC, ludzkie komórki pluripotencjalne; HSV-1/2, wirus opryszczki pospolitej typu 1/2; HIV-1, ludzki wirus niedoboru odporności typu 1; IFN, interferony; IL-6, interleukina-6; ISG, geny stymulowane interferonem; LNP, nanocząstki lipidowe; NLR, receptory podobne do NOD; PAMP, wzorce molekularne związane z patogenami; PRR, receptory rozpoznawania wzorców; RNAi, interferencja RNA; RT-PCR, reakcja łańcuchowa polimerazy z odwrotną transkrypcją; sACE2-EV, rozpuszczalne pęcherzyki pozakomórkowe z dekorowaną ACE2; SARS-CoV-2, wirus ciężkiego ostrego zespołu oddechowego koronawirusa 2; scRNA-seq, sekwencjonowanie RNA z pojedynczych komórek; TLR, receptory podobne do Toll; TNF-α, czynnik nekrozujący guzów-alfa; ZIKV, wirus Zika; 3D, trójwymiarowy. ZIKV, wirus Zika; hPSC, ludzka komórka pluripotencjalna; HH, hydrobromek hipeastryny; AQ, dihydrochlorek amodiachiny; 25HC, 25-hydroksycholesterol, BBB, bariera krew-mózg; cART, skojarzona terapia przeciwretrowirusowa; CRISPR, skupione regularnie przerwane krótkie palindromowe powtórzenia; hiPSC, ludzka komórka pluripotencjalna indukowana; HIV-1, ludzki wirus niedoboru odporności typu 1; hPSC, ludzka komórka pluripotencjalna; HSV-1, wirus opryszczki pospolitej typu 1; RNAi, interferencja RNA; SARS-CoV-2, wirus ciężkiego ostrego zespołu oddechowego koronawirusa 2; TLR3, receptor Toll-podobny 3.* Badanie neuronów 2D pochodzących z iPSC dołączono w celu porównania.

Oświadczenia

ChatGPT (OpenAI; GPT-5.5) zostało wykorzystane w ograniczonym zakresie do pomocy w przesiewaniu literatury i usprawnianiu języka. Wszystkie selekcje literatury, weryfikacja faktów, weryfikacja odniesień oraz interpretacja naukowa zostały wykonane niezależnie przez autorów.

Podziękowania

Autorzy z wielką wdzięcznością wyrażają uznanie dla wszystkich członków Laboratorium Kashanchi, ze szczególnym uznaniem dla Gwen Cox za jej nieocenione wsparcie. To badanie było również wspierane przez Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH) przyznające granty R01MH134389, AI078859 oraz AI074410 R21DA057887 i Departament Obrony HT9425-24-1-0876 dla F.K.

Bibliografia

  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.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

BiologiaWydanie 234Wydanie 234Warto pustaWydanie3DInfekcja wirusowaNaprawa
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.