Обзорная статья

Органоиды мозга как новые платформы для моделирования инфекций ЦНС: нейропатогенез, терапевтические открытия и доставка лекарств

136 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/70757

⸱

7 августа 2026 г.

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

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

В этом обзоре рассматриваются мозговые органоиды как платформы для моделирования отдельных нейротропных вирусных инфекций и выделяются их применения в патогенезе вирусов, открытии противовирусных препаратов, врожденных иммунных ответах и доставке препаратов, направленных на центральную нервную систему (ЦНС).

Аннотация

Нейротропные вирусы остаются постоянной глобальной проблемой для здоровья, и механизмы их повреждения человеческого мозга пока полностью не изучены. Животные модели часто ограничены специфическими для человека аспектами биологии ЦНС, тогда как двумерные (2D) клеточные культуры не могут воспроизвести сложные трёхмерные (3D) клеточные взаимодействия, возникающие при вирусной инфекции мозга. За последнее десятилетие органоиды мозга, полученные из стволовых клеток человека, стали физиологически значимыми моделями, которые решают эти ограничения. Эти 3D-культуры самособираются в структуры, содержащие нейроны, астроциты и клетки-предшественники, расположенные по узорам, напоминающим раннее развитие мозга. В этом обзоре рассматривается применение органоидов мозга для изучения инфекций, вызванных вирусом Зика (ZIKV), тяжелым острым респираторным синдромом коронавируса 2 (SARS-CoV-2), вирусом простого герпеса (HSV) и вирусом иммунодефицита человека типа 1 (HIV-1). Исследования были отобраны в PubMed и включены в шорт-лист на основе их значимости для моделирования инфекций ЦНС на основе органоидов, скрининга противовирусных препаратов, доставки препаратов, направленных на ЦНС, и нейровоспаления. Антивирусный скрининг на основе органоидов выявил перспективные соединения из библиотек, содержащих более 1000 кандидатов. Также обсуждаются стратегии доставки лекарств, с особым акцентом на наночастицы, полимерные носители и внеклеточные везикулы (EV), оцениваемые в органоидных и сфероидных моделях на их способность пересекать гематоэнцефалический барьер (BBB) и доставлять терапевтический груз нейронным клеткам. Также изучается роль молекулярных паттернов, связанных с повреждением и патогенами (DAMPs и PAMPs) в нейровоспалении, уклонении от комплемента и хроническом повреждении после инфекции, включая длительный COVID. Обсуждаются современные ограничения, включая отсутствие функциональной сосудистой системы, неполные компоненты BBB и проблемы воспроизводимости. Несмотря на эти ограничения, органоиды ЦНС соединяют фундаментальные исследования и клиническое применение, способствуя разработке эффективных методов лечения вирусных инфекций мозга.

Введение

Центральная нервная система (ЦНС) — это сложная система, включающая отдельные функциональные области мозга и спинного мозга. Органоиды ЦНС, часто называемые «мини-мозгами», представляют собой трёхмерные (3D) многоклеточные структуры, имитирующие развивающийся человеческий мозг. Они в основном образуются из человеческих плюрипотентных стволовых клеток (hPSC), которые могут самособираться в ткани, представляющие различные области мозга. Эти мини-мозги воспроизводят эпигенетические узоры, структуру и транскрипционные маркеры развивающегосямозга 1,2,3.

Создание церебральных органоидов с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC), полученных пациентами, было впервые разработано в 2013году 4. До этого открытия доступ к тканям мозга человека был ограничен из-за этических проблем, связанных с проведением экспериментальных исследований, особенно связанных с плодом или внутриутробной тканьюмозга 2. Развитие церебральных органоидов продемонстрировало способность имитировать человеческое нейроразвитие, включая формирование отдельных областей мозга, таких как кора головного мозга. Ланкастер и соавторы предоставили первые экспериментальные доказательства того, что стволовые клетки могут образовывать сложные нейронные структуры in vitro, предложив модель, более точную отражающую физиологию человека, чем обычные двумерные (2D) клеточныекультуры 5. Важно отметить, что некоторые нейроразвивающие заболевания человека, такие как микроцефалия, оказались трудными для воспроизведения в моделях грызунов, что ещё больше подчёркивает необходимость систем человека6.

Органоиды ЦНС содержат несколько типов клеток, которые дифференцируют и образуют многослойные структуры, напоминающие развивающийся мозг7, что делает их отличными для высокопроизводительных исследований нейрогенеза, миграции нейронов и нарушений развития8. Генерация органоидов ЦНС начинается с плюрипотентных стволовых клеток (ПСК), включающих iPSC и эмбриональные стволовые клетки. Эмбриональные стволовые клетки подвергаются воздействию факторов роста и сигнальных ингибиторов для стимулирования дифференцировки в нейронные клетки и имитации раннего эмбрионального развития2. Когда клетки начинают агрегироваться, они проходят самоорганизацию в трёхмерной среде и часто встраиваются в внеклеточный матрикс для обеспечения структурной стабильности. Органоиды обычно поддерживаются в динамических условиях культуры, таких как вращающиеся биореакторы или орбитальные встряхивания, чтобы улучшить доставку питательных веществ и кислорода и поддерживать дальнейшийрост 9. Органоиды, специфичные для регионов, в переднем и среднем и заднем мозгах, также могут формироваться с помощью управляемых протоколов в миниатюрных вращающихся биореакторах, при этом отдельные области мозга, похожие на мозг, обычно появляются в течение нескольких недель или месяцев9, 10 и 11. Органоиды ЦНС захватывают многие ключевые структурные особенности развивающегося человеческого мозга, включая желудочковые области с радиальной глией, которые подстрекают мигрирующие нейроны, и промежуточные предшественники, усиливающие нейронныепопуляции 12. Ранние нейроны образуют кортикоподобные слои с возникающими синаптическими сетями. Хотя органоиды не полностью воспроизводят размер или организацию зрелого мозга, они физиологически более значимы, чем традиционные монослоистые культуры.

Главное преимущество органоидов ЦНС — их способность моделировать время развития. Культуры проходят с нескольких недель до месяцев и идут параллельно с развитием мозга плода человека. Это позволяет исследователям наблюдать неврологические процессы, такие как нейрогенез, расширение аксонов и раннее формирование нейронных цепей в реальном времени. Органоиды также могут быть запрограммированы включать микроглию, кровеносно-похожие клетки или даже компоненты гематоэнцефалического барьера (BBB), такие как астроциты, эндотелиальные клетки и перициты. Эти органоиды могут поддерживать исследования иммунных ответов и транспортировки веществ13. Кроме того, органоиды могут быть комбинированы для создания ассемблоидов — самоорганизующихся систем, моделирующих коммуникацию между разными областямимозга 14. Благодаря этим возможностям органоиды ЦНС предоставляют прямой способ исследовать то, как нейротропные вирусы проникают, размножаются внутри мозга и повреждают его — вопросы, которые давно трудно решить с помощью традиционных моделей.

Существует огромное количество и разнообразие нейротропных вирусов, способных поражать человеческий мозг, включая флавивирусы, тяжелый острый респираторный синдром коронавируса 2 (SARS-CoV-2), вирус простого герпеса (HSV) и вирус иммунодефицита человека типа 1 (ВИЧ-1). Разработка эффективных противовирусных терапий крайне важна, но остаётся сложной из-за сложности взаимодействия вируса с мозгом. Мозг считается иммунно-привилегированным органом, поддерживаемым BBB, который препятствует проникновению крупных иммунных клеток и молекул в мозг из кровотока.

Нейротропные вирусы разработали различные стратегии преодоления этого барьера, включая трансклетварную миграцию, нарушение плотных соединений и механизм «троянского коня», при котором инфицированные иммунные клетки переносят вирус черезэндотелий 4. В результате иммунный надзор в мозге ограничен, что затрудняет очищение вируса. Кроме того, клеточные компоненты BBB, включая эндотелиальные клетки, астроциты и перициты, экспрессируют рецепторы распознавания образов, которые обнаруживают молекулярные паттерны, ассоциированные с вирусными патогенами (PAMP), и формируют врождённые иммунные ответы, хотя провоспалительное сигналирование может парадоксально усугублять нарушениеBBB 15. Кроме того, ограниченный доступ к тканям мозга человека затрудняет изучение вирусных взаимодействий с нейронными клетками и доставку мощных противовирусных препаратов в ЦНС. Эти совокупные трудности затрудняют открытие новых противовирусных препаратов для лечения вирусных инфекций на всех стадиях развития и в течение всей жизни, что делает крайне важным лучше понимать, как вирусы взаимодействуют с мозгом, а также разрабатывать новые терапевтические стратегии для борьбы с этимиинфекциями 16. В целом, этот обзор подчёркивает полезность органоидов ЦНС для изучения нейротропных вирусных инфекций, механизмов нейровоспаления и открытия противовирусных препаратов. Рисунок 1 даёт обзор основных применений органоидов мозга в моделировании нейротропных вирусных инфекций, исследовании взаимодействий хозяина и патогена и продвижении противовирусной терапии.

figure-introduction-1
Рисунок 1: Органоиды мозга как платформы, релевантные для человека, для моделирования нейротропных вирусных инфекций ЦНС. На рисунке представлен обзор ключевых тем, с акцентом на трёхмерные (3D) мозговые органоиды как экспериментальные модели. В этом обзоре обсуждаются нейротропные вирусы, включая ВИЧ-1, HSV-1/2, SARS-CoV-2 и ZIKV. Различные модели мозговых органоидов позволяют изучать патогенез вирусов, взаимодействия хозяина и патогена, дисфункцию гематоэнцефалического барьера (BBB) и нейровоспалительные реакции с участием нейронов, астроцитов, микроглии и эндотелиальных клеток мозга. Органоиды мозга предоставляют физиологически значимые платформы для скрининга и оценки противовирусных препаратов. Создано в BioRender. Кашанчи, Ф. (2026) https://BioRender.com/y7eenju Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Обзор и перспектива

Терапевтическое открытие в вирусно-инфицированных мозговых органоидах

Противовирусный скрининг

Существует отсутствие одобренных методов лечения многих нейротропных вирусных инфекций, что ограничивает возможности лечения, выходящие за рамки поддерживающей помощи. Органоиды мозга являются ценным инструментом для открытия новых противовирусных соединений, позволяя проводить скрининг лекарств в физиологически значимой 3D-среде, напоминающей ткани человеческого мозга. В одном из первоначальных исследований был проведён химический скрининг с высоким содержанием 1120 одобренных FDA препаратов и кандидатов на препараты против ZIKV в мозговых органоидах, похожих на плоды. Противовирусная активность оценивалась на основе пролиферации клеток и подавления инфекции ZIKV. Из всех протестированных соединений девять показали потенциал, при этом два соединения — гидробромид гиппеастрина (HH) и дигидрохлорид амодиахина (AQ) — выделялись благодаря своим сильным противовирусным эффектам, значительно снижая инфекцию, подавляя выработку вируснойРНК 17.

Несколько последующих исследований изучали соединения, воздействующие на различные стадии жизненного цикла вируса. В исследовании Ватанабэ и др. 25-гидроксихолестерин (25HC), соединение, блокирующее проникновение вируса, ингибируя слияние мембран, снизило уровень мРНК ZIKV в корковых органоидах на ~74% и снизило уровень ZIKV-положительных клеток на ~72%. Кроме того, в том же исследовании оценивались противовирусные соединения, нацеленные на рецептор AXL, экспрессируемые на нейронных прогениторных клетках. Маломолекулярный ингибитор домена тирозинкиназы AXL, R428, вызвал умеренное снижение уровня мРНК ZIKV (~41%). Однако лечение антителом к AXL не привело к значительному снижению уровня мРНКZIKV 18. Наконец, три противофлавивирусных препарата — дурамицин, ивермектин и азитромицин — были протестированы в органоидах. Дурамицин и ивермектин значительно снижали уровень мРНК ZIKV, тогда как азитромицин не проявил защитного эффекта против ZIKV, что было определено с помощью RT-qPCR ииммунокрашивки 18.

В отдельном исследовании Сюй и соавторы провели скрининг 173 соединений в качестве супрессоров активности каспазы-3, индуцируемой ZIKV, и определили эмрикасан как наиболее эффективный нейропротекторный кандидат без влияния на пролиферацию клеток в мозговых органоидах. Два дополнительных соединения, никосамид и PHA-690509, продемонстрировали значительную анти-ZIKV активность, ингибируя репликацию вируса на стадии после входа в процесс в зависимости от дозы. Кроме того, совместное лечение с эмрикасаном и PHA-690509 вызвало аддитивный эффект и сохранило жизнеспособность астроцитов после заражения ZIKV19. В другом исследовании эноксацин, усилитель РНК-интерференции (РНКи), продемонстрировал прямую противовирусную активность в клетках, способных к РНК-компетентности, и полностью предотвратил микроцефалические фенотипы, вызванные ZIKV, в мозговых органоидах, что свидетельствует о том, что усиление внутренних противовирусных путей в нейронных прогениторных клетках может представлять собой жизнеспособную терапевтическуюстратегию 20.

Петтке и др. впоследствии провели скрининг 110 структурных аналогов TH3289 в нескольких дозах в органоидах, инфицированныхZIKV 21. Два соединения, TH3289 и TH6744, показали самую сильную противовирусную активность, а самые активные — имели общий ядро бензимидазолона. Это исследование было значимым, поскольку органоидная система позволила не только быстро проводить скрининг соединений, но и механистическое наблюдение. Например, было обнаружено, что TH6744 влияет на поздние стадии жизненногоцикла ZIKV 21.

Органоиды мозга также использовались для выявления терапевтических кандидатов на заражение SARS-CoV-2. Одобренный FDA препарат против гепатита C, софосбувир, улучшил выживаемость нейронов и спас нарушенный синаптогенез у мозгов, инфицированных SARS-CoV-2, 22. Органоиды мозга также способствовали пониманию инфекции ЦНС, опосредованной HSV-1; однако скрининг на противовирусные препараты на HSV-1 в органоидных моделях остаётся ограниченным по сравнению с исследованиями ZIKV и SARS-CoV-2. Знаковое исследование с использованием нейронов, полученных из iPSC, показало, что дефицит TLR3 делает нейроны человека восприимчивыми к инфекции HSV-1, выявив специфическое для человека явление, которое модели грызунов не смоглизафиксировать 23. В последнее время Беллицзи и соавторы продемонстрировали, что кластерные регулярно перемежуточные короткие палиндромные повторы (CRISPR)-Cas9, направленные на геномные последовательности HSV-1, подавляют как первичную инфекцию, так и вирусную реактивацию в 3D-органоидных культурах, что делает редактирование генов возможной противовирусной стратегией при инфекции ЦНСгерпесвируса 24. Учитывая, что резистентность к ацикловиру является новой клинической проблемой и лечебной терапии энцефалитаHSV 25 не существует, отсутствие масштабного скрининга противовирусных соединений на HSV-1 в мозговых органоидах представляет собой значительный пробел в знаниях.

Помимо малых молекул, антисенсовые олигонуклеотиды (ASO), которые нацелены на РНК и модифицируют экспрессию генов, являются новыми терапевтическими инструментами для лечения различных заболеваний, а церебральные органоиды могут использоваться для оценки новых терапийASO 26. Учитывая полезность органоидов для исследований ASO, важные характеристики, такие как биораспределение, токсичность и терапевтическая эффективность, могут быть изучены у вирусно-инфицированных мозговых органоидов.

Одно из важнейших применений органоидов мозга — оценка нейротоксичности существующих противовирусных препаратов. Это особенно важно, поскольку широко используемые методы лечения ВИЧ доказали свою токсичность для клеток мозга как in vitro , так и in vivo27. Акай и др. продемонстрировали нейротоксичность противовирусных препаратов в первичных кортикальных культурах, содержащих микроглию, астроциты и нейроны. MAP2-положительные нейроны показали дозозависимое снижение после воздействия ритонавира и сакинавира. Лечение комбинированными антиретровирусными препаратами (cART) приводило к острой нейротоксичности, а культуры, обработанные зидовудином (AZT), демонстрировали повышенную выработку реактивных кислородных форм (ROS)28. Хотя эти результаты были получены с использованием двумерных культур, мозговые органоиды могут расширить эти исследования, предоставляя более физиологически значимую платформу для высокопроизводительного нейротоксичного скрининга индивидуальных или комбинированных антиретровирусных терапий. Для изучения механизмов, лежащих в основе антивирусно-индуцированной нейротоксичности в этих 3D-моделях, можно использовать такие методы, как морфологический анализ, функциональные анализы и транскриптомическое профилирование29.

Помимо скрининга нейротоксичности, были разработаны мозговые органоиды для изучения нейрокогнитивного расстройства, ассоциированного с ВИЧ (HAND), которое продолжает затрагивать 30–50% людей, живущих с ВИЧ, несмотря на эффективную антиретровирусную терапию (АРТ). Микроглиальные клетки являются основным резервуаром ВИЧ-1 в ЦНС, и органоидные модели сыграли ключевую роль в выяснении, как микроглиальная инфекция способствует повреждению нейронов. Конг и др. использовали церебральные органоиды, полученные из iPSC, содержащие микроглию, и наблюдали заметное увеличение экспрессии генов CCL2 и CXCL10 хемокина, а также активацию нескольких генов, стимулируемых интерфероном типа I (MX1, ISG15, ISG20, IFI27, IFITM3 и других) после заражения ВИЧ-130. Профиль экспрессии воспалительных генов распространялся на клетки наблюдателей, включая неинфицированные нейроны. Эти нейроны демонстрировали заметное снижение экспрессии транспортеров нейромедиаторов вместе с увеличением экспрессии генов, связанных с клеточным старением и гибелью клеток. Использование мозговых органоидов для исследований ВИЧ было впервые разработано Досом Рейсом и др., которые включили микроглию ВИЧ-инфицированной в человеческие мозговыеорганоиды 31. Эта модель воспроизводила низкоуровневую вирусную репликацию, обычно наблюдаемую в человеческом мозге. Включение микроглии, инфицированной ВИЧ, вызвало нейровоспалительный ответ, связанный с астроглиозом, нейродегенеративной патологией, а также дегенерацией и потерей нейронных синаптических процессов. Донадони и др . впоследствии использовали мозговые органоиды, полученные из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток (hiPSC), содержащие микроглию и астроциты, для моделирования нейроВИЧ и оценки эффекта комбинированной антиретровирусной терапии (cART) в трёхмерной органоиднойсистеме 32. В совокупности эти исследования, основанные на органоидах, дают важные механистические знания о HAND и создают ценную модельную систему для изучения нейропротективных терапий.

В заключение, органоиды мозга представляют собой единую модельную систему для скрининга противовирусных соединений, одновременно оценивая нейротоксичные эффекты на ранних этапах разработки препарата. Идентификация эффективных противовирусных соединений — лишь первый шаг к клиническому переводу (Таблица 1). Не менее важна разработка стратегий доставки лекарств, способных доставлять терапевтические агенты в инфицированные клетки центральной нервной системы.

ВирусОрганоидная модельТипы ячеекКлючевые выводыОграниченияСсылка
ZIKVОрганоиды, похожие на плоды, полученные из hPSCНейронные прогениторы, нейроныHH и AQ снизили вирусную РНК на основе скрининга 1120 соединенийИммунных клеток нет; Фетальная стадия17
Кортикальные органоидыНейронные предки25HC снизил инфекцию на ~74%; R428 снизил уровень мРНК ZIKV на ~41%Сосудистых систем отсутствует18
Органоиды мозгаНейроны, астроцитыЭмрикасанский нейропротективный; никосамид и PHA-690509 подавляют репликациюБез микроглии19
Органоиды мозгаНейронные предкиЭноксацин предотвращал микроцефалию, вызванную ZIKV, с помощью РНКИммунных клеток нет20
Органоиды мозгаНейроныTH3289 и TH6744 (сердечник бензимидазолона) влияют на поздний жизненный цикл ZIKVИммунных клеток нет21
SARS-CoV-2Церебральные органоидыНейроныСофосбувир спас синаптогенез и выживание нейроновНет BBB22
HSV-1Нейроны, полученные от iPSC,НейроныДефицит TLR3 делает человеческие нейроны восприимчивыми; Явление, специфичное для человекаТолько двумерные нейроны23*
3D-органоидные культурыНейроныCRISPR-Cas9 подавлял первичную инфекцию и реактивациюОграниченное созревание24
ВИЧ-1iPSC церебральные органоидыНейроны, микроглияПовышение CCL2, CXCL10; активация гена интерферона типа I; Старение нейроновСосудистых систем отсутствует30
Органоиды человеческого мозга с микроглиейНейроны, микроглияНейровоспаление, астроглиоз, синаптическая дегенерацияСосудистых систем отсутствует31
hiPSC церебральные органоидыНейроны, микроглия, астроцитыЭффекты cART оценены в 3D-модели NeuroHIVМодель на ранней стадии32

Таблица 1: Модели мозговых органоидов, используемые для изучения нейротропных вирусных инфекций. В этой таблице представлены изученные вирусы, органоидная модель, включенные типы клеток, ключевые выводы, ограничения и референс для репрезентативных исследований на основе органоидов мозга по инфекциям ZIKV, SARS-CoV-2, HSV-1 и ВИЧ-1.

Платформы доставки лекарств

Поиск наиболее эффективных противовирусных соединений для лечения инфекций ЦНС крайне важен, но без эффективной доставки в мозг эти соединения могут не принести терапевтической пользы. Органоиды мозга могут использоваться для оценки систем доставки лекарств на их способность проникать в нейронные ткани и доставлять противовирусные нагрузки.

Липидные наночастицы (LNP) широко используются как носители лекарств. Показано, что эти носители препаратов повышают биодоступность препаратов и обеспечивают таргетную доставку препаратов в место болезни, особенно по всемуBBB 33. Формулы на основе ЛНК на основе ЛНК успешно использовались при вакцинации противCOVID-19 34,35. Органоиды мозга могут использоваться для оценки эффективности и безопасности новых формул на основе LNP. LNP также могут быть векторизированы в ЦНС путём модификации поверхности с помощью целевых лигандов. Например, трансферрин или лактоферрин были конъюгированы с LNP для облегчения рецептор-опосредованного трансцитозирования и усиления транспорта черезBBB 36,37. В совокупности потенциальная эффективность доставки лекарств, нейротоксичность и изменения стабильности наноформулы после проникновения BBB можно исследовать у мозговыхорганоидов 38.

Помимо ЛНП, наноносители полипептидов с двойным целем также изучались как система доставки лекарств в органоидах мозга человека. Таргетированные поли(L-глутаминовая кислота) наночастицы (NP) показали отличную цитосовместимость и способность проникать в органоиды, похожие на средний мозг. Было показано, что аланин и глутатион могут эффективно направлять NPs к эндотелиумным клеткам мозга и проникать в церебральные органоиды, что приводит к доставке лекарств вмозг 39. Проницаемость полимерных наночастиц изучалась в 3D-микроваскулаторных органоидах человека, с акцентом на влияние их размера и поверхностной химии. Созданные органоиды состояли из эндотелиальных клеток, полученных на основе iPSC, астроцитов и первичных перицитов мозга. Конфокальные изображения показали, что конъюгация NP с лигандом голотрансферрином, ассоциированным с мозгом, значительно увеличивала ихпроницаемость 40.

Далее исследовались поглощение, проникновение и распределение золотых наночастиц (AuNP) в сфероидах мозга BBB. Эти сфероиды состоят из шести типов клеток мозга: нейронов, астроцитов, перицитов, эндотелиальных клеток, микроглии и олигодендроцитов. Авторы сообщили, что временная гипоксия приводила к раскрытию BBB и увеличению транспортировки AuNPs в сфероидную глубину. Наночастицы могли легко проникать в клетки иядра 41. В аналогичном исследовании с использованием той же системы сфероидной модели одновременное отслеживание кинетики проникновения наноносителей и их терапевтического освобождения полезной нагрузки оценивалось с помощью конфокальной лазерной сканирующеймикроскопии 42. В другом исследовании Парк и соавторы показали, что нейротрофический фактор (BDNF), конъюгированные с нейротрофическим фактором мозга (BDNF), успешно проникают в церебральные органоиды без значительной токсичности43.

Помимо воздействия на частицы, форма и размер наночастиц могут играть значительную роль в способности наноформулы доставлять терапевтическую нагрузку в мозг. Полистироловые сферы диаметром 200 нм, векторизированные антителами против VCAM-1, накапливались в 1,2–1,5 раза больше, чем контрольные невекторизированные NP. Интересно, что палкообразные частицы демонстрировали ещё большее накопление в 2,1–2,5 раза по сравнению с соответствующими контролями, что говорит о том, что палочкообразные частицы дают преимущество сферам в плане клеточного связывания. Церебральные органоиды могут дать подробные представления о том, как геометрия частиц может влиять на проникновение в мозг. Кроме того, влияние гипоксии и других биологически активных соединений на проницаемость BBB может быть дополнительно изучено у нейроваскулярных органоидовмозга 45,46.

Внеклеточные везикулы (EV), полученные из стволовых клеток, представляют собой биологическую альтернативу носителям синтетических лекарств, таким как LNP. Бранском и др. исследовали репаративный потенциал EV против инфекции ВИЧ-1 в человеческихнейросферах 47. В этом исследовании было показано, что электромобили, полученные из мезенхимальных стволовых клеток (MSC) и iPSC, могут естественным образом проникать в нейросферы, повышать жизнеспособность клеток и снижать экспрессию воспалительных цитокинов в нейросферах, инфицированных ВИЧ-1, что подчёркивает нейропротекторные и противовоспалительные свойства EVстволовых клеток 47. В другом исследовании Кима и др. малые внеклеточные везикулы (sEV) были модифицированы для противовирусной доставки с целью лечения инфекции SARS-CoV-248. Наноносители были загружены растворимым ACE2 (sACE2 ) посредством генетической модификации донорских клеток с помощью плазмиды, кодирующей eGFP-CD9ΔTM4-sACE2(WT), что привело к экспрессии sACE2 на поверхности sEV. Было показано, что sACE2-векторизированные sEVs защищают от WT и мутантного S-белкавируса 48. Механизм защиты может быть протестирован на мозговых органоидах, инфицированных SARS-CoV-2. Кроме того, другое исследование показало, что электромобили, выделяемые из клеток, инфицированных HSV-1, несут врождённые иммунные компоненты, такие как STING, которые могут активировать врождённые иммунные ответы в клетках-реципиентах, что приводит к мощному ингибированию репликации HSV-1. Критическое отделение EV от инфекционных вирусных частиц было достигнуто с помощью центрифугации по градиентуплотности 49.

Церебральные органоиды также могут использоваться для проверки потенциальной нейротоксичности новых наноформулировок лекарств. Например, при введении пегилированных AuNP в органоиды мозга наблюдалось значительное воспаление, опосредованное выработкой ROS. В отличие от этого, полимерные полимолочные кислотные NP демонстрировали эффективную доставку препаратов и низкую цитотоксичность благодаря медленному усваиванию и разлагаемости, что позволяло проникать в органоид мозга без вызова иммунногоответа 50. Нейротоксичность AuNP, графена и углерода также оценивалась в 3D-нейроваскулярных органоидах. Эти органоиды состояли из нейронных клеток, микроглии и поверхности эндотелиальной клетки. Эти исследования показали, что микроглия может играть ключевую роль в проницаемости и токсичности этих формул51. Кроме того, высокие концентрации NP ZnO также вызывают значительную гибель нейронов. Механизм токсичности был связан с внутриклеточным накоплением ионов цинка, что снижало уровень белка LC3B, указывая на дефектнуюаутофагию 52. В целом эти исследования показывают, что 3D-органоиды мозга могут фиксировать, как наноформулы взаимодействуют с нейронной тканью — от поглощения и проникновения до активации иммунной системы и токсичности. Успех стратегий доставки препаратов, направленных на ЦНС, в конечном итоге зависит не только от достижения целевых клеток, но и от модуляции воспалительных путей, активируемых во время инфекции, многие из которых инициируются сигналами DAMPs и PAMPs.

DAMPs и PAMPs при вирусных инфекциях

Органоиды мозга могут использоваться для изучения DAMPs и PAMPs, которые выделяются напряжёнными, повреждёнными или умирающими клетками ЦНС. DAMP включают белки теплового шока, АТФ и мочевой кислоту, тогда как PAMP — бактериальные, вирусные, грибковые и паразитические макромолекулы. Таким образом, эти молекулярные паттерны предупреждают врождённую иммунную систему и активируют несколько путей передачи сигналов в ответ на чужеродные антигены или любые признаки, часто связанные с инфекцией. Механизмы, лежащие в основе их защитного эффекта в ответ на вирусные инфекции, до конца не изучены, и детальные исследования этих процессов могут проводиться на мозговыхорганоидах 53. Освобождённые DAMPs и PAMPs связываются с большой группой рецепторов, включая рецепторы, похожие на Toll (TLR), рецепторы, похожие на NOD (NLR), рецепторы, похожие на AIM2, RIG-I-подобные рецепторы (RLR) и рецепторы лектина C-типа (CLR), которые экспрессируются на плазматической мембране иливнутриклеточно. Эти рецепторы играют ключевую роль в производстве цитокинов и интерферона в ответ на нейротропные вирусные инфекции, включая EV-71, ВИЧ-1, HSV-1, флавивирусы, вирус Западного Нила (WNV) идругие 54.

Словиковски и др. исследовали, как DAMP, хемокины и молекулы адгезии, выделяемые повреждёнными нейронными клетками, координируют проникновение лейкоцитов в ЦНС во время энцефалита флавивируса55. В частности, было выявлено, что WNV увеличивает экспрессию высоковоспалительных некроптозов и маркеров смерти клеток пироптоза, способствующих выделению DAMPs в инфицированном мозге. Когда такие молекулы, например, белок группы с высокой подвижностью box 1 (HMGB1), высвобождаются, они индуцируют несколько сигнальных путей, что приводит к CXCR4-зависимой миграции активированных моноцитов, макрофагов и дендритных клеток в инфицированныеткани 56,57. Кроме того, было показано, что DAMPs могут выделяться в ответ на инфекцию, за которыми следуют повышенная регуляция TLR и усугубляются воспаления ЦНС и повреждениятканей 58. В целом эти исследования показывают, что вирусные инфекции, по-видимому, запускают перекрывающиеся сигнальные пути DAMP-PAMP, что приводит к нейровоспалению и повреждению тканей. В совокупности мозгорганоиды, содержащие микроглию и астроциты, могут служить моделью для отслеживания иммунных каскадных ответов в человеческой нейронной ткани, особенно взаимодействия между высвобождением DAMP и нейровоспалением, опосредованным TLR.

Система комплемента является важным элементом врождённого иммунитета, который быстро реагирует на инфекции. Однако многие вирусы разработали механизмы для преодоления этойзащитной системы 59. Некоторые вирусы обходят систему комплемента, производя белки, которые связываются с компонентами комплемента и либо ингибируют, либо секвестрируют их. Это было продемонстрировано у различных вирусов, включая человеческий T-лимфотропный вирус-1 (HTLV-1), человеческий цитомегаловирус (HCMV), ВИЧ-1, обезьяний вирус 5 (SV5) и вирус паротита (MuV), которые включают в свои вирионы белки комплемента хозяина (то есть CD55/DAF, CD59, CD64 и MCP). Эти белки подавляют врождённый иммунный ответ, способствуя репликации вируса иустойчивости 60. Таким образом, мозговые органоиды могут использоваться для выявления специфических механизмов, с помощью которых вирусы избегают комплементарной системы. Растущие данные свидетельствуют о том, что DAMPs и PAMPs не только формируют начальный противовирусный ответ, но и выступают ключевыми посредниками стойкого воспаления, лежащего в основе хронических поствирусных состояний.

Роль DAMPs/PAMPs в устойчивом воспалении, вызванном вирусной инфекцией

Помимо острой воспалительной фазы, вирусные инфекции могут вызывать хроническое воздействие DAMP/PAMPs, что приводит к долгосрочным воспалительным последствиям, особенно в мозге. Церебральные органоиды могут стать мощным инструментом для изучения основных механизмов синдромов, связанных с постострой фазой инфекции.

Большинство известных на тот момент неперсистентных вирусов у человека активируют иммунные ответы в острой фазе инфекции, за которой следует ликвидация патогена. Однако в некоторых случаях у пациентов наблюдаются стойкие симптомы, которые могут отличаться от тех, что наблюдались в острой фазе, и сохраняться месяцами или даже годами. В частности, пациенты с длительным COVID-19 сообщают о хронической усталости, «мозговом тумане», лихорадке, боли и других неврологическихосложнениях 61. Кроме того, хроническое воспаление может увеличивать смертность и заболеваемость, а также риск атеротромбоза, рака и когнитивныхнарушений 62,63.

Кроме того, устойчивость вирусных белков и РНК может приводить к повышению уровня провоспалительных цитокинов, таких как TNF-α, IL-1α, IL-1β, IFN-γ и IL-6, что приводит к повреждению тканей, преждевременному старению и истощению иммунной системы64. Медленное размножение или следы вирусных компонентов могут вызвать высвобождение DAMP/PAMPs, взаимодействующих с их специфическими рецепторами, вызывая устойчивое низкоуровневоевоспаление 65. В некоторых случаях инфекция мозга HSV-1 может привести к повреждению нейронов, за которым следует энцефалит и в конечном итоге способствовать развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как болезньАльцгеймера 66. Нарушения механизмов аутофагии могут быть основным триггером хронического воспаления у пациентов с HSV-2, при котором дефектные защитные механизмы приводят к устойчивой репликации вируса, постоянному наличию вирусных компонентов в мозге инейродегенерации 67. Эти вирусные компоненты активируют врождённые иммунные сенсоры с помощью PAMP и могут управлять сигнальными путями, чтобы обходить противовирусные эффекты врождённой иммунной активации. Важно отметить, что HCMV и вирус Эпштейна-Барра (EBV) выявляют хронические вирусные инфекции, способствующие иммунной дисфункции68,69. Длительное старение, вызванное инфекцией, также может способствовать долгосрочному воспалению, связанному с различными вирусными инфекциями. 3D-органоиды мозга с интегрированными иммунными компонентами предоставляют релевантные платформы для понимания сложных механизмов, лежащих в основе хронического воздействия DAMP/PAMPs, и их роли в долгосрочных осложнениях вирусных инфекций в ЦНС.

Ограничения и перспектива:

Несмотря на преимущества по сравнению с традиционными моделями in vitro, мозговые органоиды имеют значительные ограничения, которые необходимо учитывать для поддержки их широкого применения. В частности, у большинства органоидов отсутствуют резидентные иммунные клетки, которые являются ключевыми факторами моделирования вирусных заболеваний и понимания врождённых и адаптивных иммунных ответов во время вируснойинфекции 70. В частности, стандартные органоидные протоколы не включают микроглию — первичные иммунные клетки ЦНС и резервуар ВИЧ-1, что ограничивает моделирование нейровоспаления и вируснуюперсистентность 71. Ещё одним недостатком является неполная сложность тканей, включая отсутствие сосудистых систем, которые играют важную роль в доставке питательных веществ и кислорода, а также в распространениивирусов 72. Таким образом, рост органоидов ограничен, поскольку клетки в центре не могут получать достаточное количество питательных веществ. Кроме того, нарушается выделение метаболических отходов, что часто приводит к гипоксическому или некротическому ядру в крупных органоидах. Кроме того, органоиды не полностью воспроизводят взаимодействия между нейронами, эндотелиальными клетками и стромальными клетками, которые могут влиять на вирусную инфекцию и патогенез. Кроме того, на данном этапе развития органоиды не могут воспроизвести системные инфекции, межорганное распространение и иммунные ответы всегоорганизма 73. Ещё одним ограничением является то, что многие эпителиальные органоиды имеют ограниченную доступность для вирусной инокуляции из-за их апикальной поверхности, обращённойвнутрь. 74. В результате вирусная прививка требует микроинъекций, что приводит к вариабельности и низкой пропускной способности. Таким образом, инокуляция органоидов с разным диаметром затрудняет контроль множественности инфекций. Кроме того, многие органоиды больше напоминают ткань плода, чем взрослые органы, что может влиять на вирусный тропизм, кинетику репликации и реакциихозяина 73. Это особенно заметно в случае HSV-1, поскольку созревание нейронов влияет на процессы установления латентности и реактивации, которые органоиды стадии плода могут не полностью воспроизвести23. Далее, органоиды могут значительно различаться по составу и функции, что приводит к разным результатам, низкой воспроизводимости и необходимости множества экспериментальных репликатов. Например, органоиды могут различаться по размеру, составу клеток, архитектуре и стадии созревания. Это делает стандартизацию сложной, если не невозможной, во всехлабораториях 7,75. Наконец, высокая стоимость и ограниченная масштабируемость генерации и обслуживания органоидов остаются серьёзными препятствиями. В результате одной из главных задач является разработка высокопроизводительных платформ, совместимых с органоиднойтехнологией 74.

Несмотря на эти недостатки и ограничения, органоиды обладают значительным потенциалом для моделирования вирусных инфекций, токсикологии и открытия лекарств. Преодоление этих ограничений может значительно снизить зависимость от животных моделей и облегчить фундаментальные механистическиеисследования 76. Одним из заметных недостатков существующих моделей органоидов является их ограниченная физиологическая сложность и отсутствие разнообразного клеточного состава. Будущие разработки должны сосредоточиться на включении иммунных, нейронных, сосудистых и стромальных компонентов в органоидные модели. Это можно достичь с помощью моделей совместной культуры, интегрирующих органоиды с вышеупомянутыми типамиклеток 77,78. В частности, включение иммунных клеток позволит моделировать системные иммунные реакции и воспаление во время вирусных инфекций. Кроме того, васкуляризированные органоиды могут быть дополнительно развиты для улучшения физиологической сложности и лучшего воспроизведения в условиях in vivo 79,80. Таким образом, церебральные органоиды, включающие эндотелиальные ткани, будут способствовать исследованиям функции гематоэнцефалического барьера и доставки лекарств во время вирусныхинфекций 13,81. Кроме того, 3D-органоиды мозга могут воспроизводить несколько ключевых аспектов вирусной инфекции в мозге. Фактически, несколько органоидных моделей с сложной структурой, которые тесно представляют разные области мозга, в настоящее времяисследуются 82. Наконец, включение нейронных и стромальных компонентов ещё больше повысит верность органоидов к нативным органным системам. Воспроизводимость остаётся ещё одним серьёзным препятствием для широкого применения органоидных технологий. Поэтому создание надёжных, высоковоспроизводимых органоидов крайне важно для дальнейшей трансляции применений органоидов. Различные методы выделения клеток и посева, а также выбора матриц и растворимых факторов должны быть стандартизированы по всей области83. Стоит отметить, что состав культурной среды, плотность клеток и время посевывания могут влиять на результаты этих моделей. Поэтому были введены стратегии снижения изменчивости матрицы, включая синтетические гидрогели, состоящие из полностью определённых полимерных сетей с точно контролируемыми химическими и механическими характеристиками, как перспективнаяальтернатива 84. Эти органоиды демонстрируют минимальную вариабельность от партии к партии, что позволяет проводить контролируемые исследования. Кроме того, создание органоидных биобанков, представляющих разнообразные популяции пациентов, стало бы ценным ресурсом для поиска лекарств и идентификации биомаркеров. Новые технологии искусственного интеллекта (ИИ) становятся важными инструментами в исследованияхорганоидов 85. Дальнейшее применение этих технологий может ускорить анализ и снизить предвзятость интерпретации данных. Тем не менее, применения ИИ в этой области остаются на ранней стадии. Внедрение подходов ИИ в разработку органоидов, таких как анализ изображений с помощьюИИ 86 или прогнозная оптимизация условийкультуры 87, значительно облегчит исследования органоидов.

Выводы

В этом обзоре рассматривается, как мозговые органоиды — 3D-нейронные культуры, тесно имитирующие нейроваскулярную единицу человека, — используются для изучения инвазии, репликации и повреждения ЦНС, вызванных нейротропными вирусами. Хотя каждый вирус обладает уникальными генетическими и структурными особенностями, многие патологические процессы, вызываемые вирусами в мозге, общи, и органоидные модели доказали свою эффективность для анализа этих распространённых и различных механизмов. Чрезмерное воспаление может усугубить повреждение нервных клеток; Однако при правильном контроле врождённой иммунной системы это может ограничить распространение вируса и защитить ткани мозга.

3D-органоиды позволяют изучать оба эффекта в более физиологически значимых условиях, где животные модели и 2D-клеточные культуры не смогли отразить эту динамику. Эта информация крайне важна для борьбы с вирусным патогенезом в мозге и для выявления методов лечения, направленных на правильные пути без усиления воспаления. Мозговые органоиды обладают продвинутым пониманием нейротропных вирусных инфекций, но некоторые технические пробелы всё ещё предстоит устранить. Например, медленное созревание, ограниченная сосудистая система и отсутствие компонентов BBB остаются распространёнными проблемами. Вариабельность методов дифференцировки органоидов и несоответствия между партиями также мешают исследованиям мозговых органоидов. Кроме того, можно улучшить количественную оценку проникновения вируса, репликации, тропизма клеточного типа и ответов хозяина в контролируемом 3D-контексте. Работа, рассмотренная в рукописи, показала, что мозговые органоиды являются одними из самых значимых систем для изучения взаимодействия нейротропных вирусов с человеческим мозгом, тестирования кандидатов на противовирусные препараты и оценки доставки лекарств в ЦНС. По мере развития технологий с улучшением васкуляризации, интеграции иммунных клеток и внедрением стандартизированных протоколов, исследования на основе органоидов будут лучше подготовлены для выявления соединений и стратегий с реальным потенциалом клинической трансляции.

Сокращения: ASOs, антисмысловые олигонуклеотиды; BBB — гематоэнцефалический барьер; CLR, рецепторы лектина C-типа; ЦНС — центральная нервная система; CRISPR, сгруппированные регулярно перемежуточные короткие палиндромные повторы; CXCL10, C-X-C мотив хемокиновый лиганд 10; DAMPs — молекулярные паттерны, связанные с повреждениями; ЭВ, внеклеточные везикулы; hPSC — человеческие плюрипотентные стволовые клетки; HSV-1/2, вирус простого герпеса типа 1/2; ВИЧ-1, вирус иммунодефицита человека типа 1; ИФН, интерфероны; ИЛ-6, интерлейкин-6; ISG — гены, стимулируемые интерфероном; LNP, липидные наночастицы; NLR, рецепторы, похожие на NOD; PAMPs — патогенно-ассоциированные молекулярные паттерны; ПРР, рецепторы распознавания образов; РНКи, РНК-интерференции; РТ-ПЦР, обратная транскрипционная полимеразная цепная реакция; sACE2-EV, растворимые внеклеточные пузырьки, украшенные ACE2; SARS-CoV-2, тяжелый острый респираторный синдром коронавируса 2; scRNA-seq, секвенирование одноклеточной РНК; TLR, рецепторы, похожие на толл; TNF-α, фактор некроза опухоли альфа-альфа; ZIKV, вирус Зика; 3D, трёхмерный. ZIKV, Зикавирус; hPSC, человеческие плюрипотентные стволовые клетки; HH, гиппеастрин гидробромид; AQ, дигидрохлорид амодиахина; 25HC, 25-гидроксихолестерин, BBB, гематоэнцефалический барьер; cART, комбинированная антиретровирусная терапия; CRISPR, сгруппированные регулярно перемежуточные короткие палиндромные повторы; hiPSC — индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки; ВИЧ-1, вирус иммунодефицита человека типа 1; hPSC — человеческие плюрипотентные стволовые клетки; HSV-1, вирус простого герпеса типа 1; РНКи, РНК-интерференции; SARS-CoV-2, тяжелый острый респираторный синдром коронавируса 2; TLR3, Толлоподобный рецептор 3.* Исследование двухмерных нейронов, полученных на iPSC, включено для сравнения.

Раскрытие информации

ChatGPT (OpenAI; GPT-5.5) использовался в ограниченной степени для помощи в отборе литературы и доработке языка. Весь отбор литературы, проверка фактов, проверка ссылок и научная интерпретация проводились независимо авторами.

Благодарности

Авторы с благодарностью выражают признательность всем членам лаборатории Кашанчи, особую признательность Гвен Кокс за её неоценимую поддержку. Это исследование также было поддержано грантами Национальных институтов здравоохранения (NIH) R01MH134389, AI078859 и AI074410 R21DA057887, а также Министерством обороны HT9425-24-1-0876 для F.K.

Ссылки

  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.

Перепечатки и разрешения

Теги

2342343D
Свяжитесь с нами
Рекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

Авторские права © 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.