Brain-like endothelial cells derived from stem cells to study BBB development and targeting

Palavras-chave: Barreira hemato-encefálica,Células estaminais,Células endoteliais cerebrais,Desenvolvimento da BHE,Permeação da BHE,Nanopartículas

A barreira hemato-encefálca (BHE) é uma estrutura complexa e dinâmica que separa fisicamente a corrente sanguínea do cérebro, sendo a principal responsável pela proteção e homeostasia deste. Os modelos in vitro de BHE têm sido importantes não só na compreensão das diferentes fases de desenvolvimento e manutenção desta barreira, mas também no estudo detalhado dos mecanismos de transporte de neuro-fármacos e nanoformulações da corrente sanguínea para o cérebro.  Durante esta tese de doutoramento, foram desenvolvidos dois projetos distintos que no essencial ambicionam compreender o papel de fatores solúveis e não solúveis no processo de diferenciação/desenvolvimento da BHE e avaliar o impacto de diferentes parâmetros físico-químicos na permeação da BHE e acumulação nas diferentes regiões neurogénicas. Num primeiro trabalho, células endoteliais com fenótipo semelhante às de cérebro foram derivadas a partir de células estaminais com pluripotência induzida (iPSCs), usando um protocolo inovador de diferenciação. O protocolo desenvolvido consiste em duas fases distintas, em que inicialmente as iPSCs foram diferenciadas em células endoteliais progenitoras, seguido pela indução de propriedades de BHE através da combinação de fatores solúveis e matriz extracelular. Os resultados obtidos demonstram que os fatores solúveis, nomeadamente o factor de crescimento vascular endotelial, Wnt3a e o ácido retinóico, mantêm de forma consistente os marcadores endoteliais e a funcionalidade da BHE nestas células, apresentando-se como fatores cruciais para a indução do fenótipo de BHE. No segundo trabalho, combinámos três elementos fundamentais em diferentes nanoformulações i) morfologia da nanopartícula, ii) densidade de peptídeo de transferrina (Tf) na superfície da nanopartícula e iii) capacidade de resposta a um estímulo de luz, que nos permitem modelar a permeação da BHE e essencialmente, promover a acumulação das nanoformulações nos nichos neurogénicos. Observou-se usando um modelo in vitro da BHE, derivado de células estaminais hematopoiéticas, que as nanopartículas esféricas (Au NPs) e em forma de bastão (Au NRs), quando conjugadas com um número de peptídeos de Tf entre 169 e 230, atravessam de forma mais eficiente a BHE. Adicionalmente, em murganhos, demonstrou-se que a administração na veia da cauda de Au NRs-Tf169 apresentam uma maior acumulação nas regiões neurogénicas, quando ativados por luz próxima do infra vermelho. Com este estudo, fomos também capazes de confirmar que o nosso modelo in vitro de BHE, obtido a partir de células estaminais hematopoiéticas, é capaz de prever os resultados obtidos in vivo. Com estes dois trabalhos, desenvolvidos ao longo desta tese de doutoramento, fomos capazes de avançar na compreensão dos fatores cruciais envolvidos no desenvolvimento da BHE e dos mecanismos subjacentes à capacidade de permeação da BHE pelas nanoformulações, e em particular o direcionamento para os nichos neurogénicos.

Área científica: Ciências Sociais