Todos os dias, cerca de 280 bilhões de glóbulos vermelhos (hemácias) são produzidos na medula óssea para garantir o transporte de oxigênio por todoo corpo. A eritropoiese é um processo de diferenciação finamente ajustado que produz glóbulos vermelhos maduros e funcionais a partir de células-tronco hematopoiéticas. Muitas doenças, tanto adquiridas quanto congênitas, podem afetar esse processo, incluindo síndrome mielodisplásica, anemia aplástica, talassemia e anemia diseritropoiética congênita2.
A manifestação clínica da eritropoiese interrompida é a anemia, uma das principais causas de morbidade em todo o mundo. Os sintomas da anemia variam de fadiga, falta de ar e tontura a condições com risco de vida, como insuficiência cardíaca e parada cardíaca3. Com a anemia afetando 1,8 bilhão de pessoas em todo o mundo4, a modelagem da eritropoiese ex vivo para investigar essas condições e seus mecanismos subjacentes continua sendo uma prioridade global. O método descrito aqui visa fornecer um modelo simples e robusto para estudar a diferenciação eritróide saudável e doente. Esse modelo permite a dissecação dos papéis de genes específicos nesse processo e permite o teste de compostos que podem beneficiar pacientes anêmicos. Historicamente, a modelagem de eritropoiese ineficaz teve muitos desafios, incluindo a escassez de células-tronco em algumas medulas-ósseas doentes e dificuldades em imitar o nicho da medula óssea.
Estudos anteriores usaram protocolos semelhantes ou mais complexos; por exemplo, Bondu et al. usaram um coquetel de citocinas, incluindo eritropoietina (EPO), fator de células-tronco (SCF) e interleucina-6 (IL6) por 4 dias antes de remover IL6 do coquetel de diferenciação eritróide, em contraste, Yip et al. só adicionaram EPO ao seu coquetel de citocinas após 7 dias de cultura líquida. Elvarsdóttir et al. desenvolveram um modelo de cultura tridimensional (3D) para células CD34+ para facilitar a maior expansão e maturação das células eritroides, incluindo a geração de ilhas eritroblásticas e eritrócitos enucleados, que são importantes para estudar fenômenos como sideroblastos em anel 5,6,7,8 . Este protocolo usa apenas três citocinas ao expandir as células (ou seja, SCF, trombopoetina [TPO] e tirosina quinase 3 semelhante à FMS [FLT3]) e três citocinas mantidas durante todo o processo de diferenciação (ou seja, EPO, IGF1 e SCF). Um dos principais critérios compartilhados entre esses diferentes estudos é o uso de células CD34+. Embora a origem dessas células varie, elas são consistentemente empregadas nesses diferentes protocolos. As fontes podem variar de coleta não invasiva de SCU a procedimentos mais invasivos para obter amostras de medula óssea adulta que podem ser colhidas de pacientes mobilizados com fator estimulador de colônias de granulócitos (G-CSF) ou punções de medula óssea. Em geral, os modelos de cultura líquida são transportados por 14 dias, enquanto os modelos 3D podem manter as células por períodos mais longos. Esses protocolos são essenciais para modelar doenças genéticas e interrupções na eritropoiese. Abordagens genéticas, como knockdowns de RNA em grampo curto (shRNA), podem ser empregadas para silenciar genes de interesse e estudar seus papéis na eritropoiese. O impacto do silenciamento de genes pode então ser monitorado em vários estágios de diferenciação, fornecendo um modelo humano ex vivo de produção de glóbulos vermelhos para estudar a anemia tanto na saúde quanto na doença. Este protocolo inclui a transdução de células do sangue do cordão umbilical CD34+ com shRNA que expressam constitutivamente um gene repórter, como a proteína de fluorescência verde aprimorada (EGFP), permitindo que as amostras sejam classificadas por classificação de células ativadas por fluorescência (FACS). As células são então incubadas em meios de diferenciação por 2 semanas e monitoradas por análise de citometria de fluxo e coloração imunoquímica.