New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disorders

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa, Inês Sofia Tomaz da
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/63028
Resumo: Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, 2023, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.
id RCAP_cdc8ae580ef61a02e7de90351f34c986
oai_identifier_str oai:repositorio.ul.pt:10451/63028
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disordersInduced microglia-like cells (iMG)Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs)Multiple sclerosisAlzheimer's diseaseTeses de mestrado - 2023Ciências da saúdeTese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, 2023, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.A microglia são células imunológicas altamente especializadas do sistema nervoso central (SNC) e as únicas células imunológicas que residem permanentemente no SNC. Elas representam a principal população de imunidade inata dentro do SNC, compreendendo aproximadamente 10 a 15% de toda a população de células da glia. Durante o desenvolvimento e ao longo da vida, estas células desempenham uma variedade de funções importantes para o bem-estar do cérebro. Elas regulam a plasticidade sináptica, as funções homeostáticas e a atividade imunológica, sendo também capazes de desempenhar rapidamente qualquer uma dessas funções de acordo com as necessidades fisiológicas ou patológicas. Em lesões no SNC, a microglia é responsável pela fagocitose e eliminação de células mortas, microorganismos e agregados proteicos, além de outros antígenos que possam prejudicar o SNC. Em resposta a stresses ambientais ou estímulos, como agregados de proteínas, células apoptóticas e detritos de mielina, a microglia torna-se ativa e pode modular várias respostas celulares, movendo-se em direção ao local da lesão. Esta ativação, comummente designada de microgliose, pode desencadear várias respostas da microglia, incluindo um aumento na capacidade de apresentação de antígenos, a capacidade de se transformar em células altamente fagocíticas, a aptidão de regular atividades neuronais devido ao contato direto com terminações sinápticas ou a indução de mediadores imunológicos. Devido a essas diversas funções, a microglia é altamente flexível e capaz de adotar diferentes fenótipos, tal como fenótipos pró-inflamatórios e anti-inflamatórios. O fenótipo pró-inflamatório, é geralmente induzido por estímulos prejudiciais, leva a microglia a produzir e a libertar citocinas pró-inflamatórias, que estão associadas ao processo de desmielinização e degeneração neuronal. Por outro lado, o fenótipo anti-inflamatório, ocorre após a exposição a citocinas inflamatórias. Neste fenótipo, a microglia liberta vários fatores anti-inflamatórios. Essa microglia também desempenha um papel na fagocitose de detritos celulares, promovendo o processo de cicatrização regenerativa e ajudando a sobrevivência dos neurónios por meio dos fatores neurotróficos. No entanto, vários estudos sugerem que durante a doença pode ocorrer a disfunção da microglia contribuindo para os processos neurodegenerativos e acelerar a progressão de várias doenças do SNC, diminuindo a eliminação de detritos celulares e, portanto, comprometendo a conectividade cerebral. A esclerose múltipla (EM) é uma doença neuroinflamatória crónica, caracterizada pela infiltração do sistema imunológico no SNC devido à disfunção da barreira hematoencefálica (BHE). Esta resposta imunológica danifica a bainha de mielina que envolve os axónios, levando a uma desmielinização progressiva, culminando eventualmente na degeneração axonal e morte neuronal. A neuroinflamação exacerba-se como consequência da degeneração neuronal, desencadeando a produção e libertação de citocinas pró-inflamatórias pelas células gliais do SNC. Por meio da ativação pró-inflamatória, a microglia desempenha um papel crítico em vários processos, incluindo a fagocitose da mielina, apresentação de antígenos às células T e libertação de citocinas pró- e anti-inflamatórias em áreas de lesão ativa, promovendo a remielinização dos axónios. A doença neurodegenerativa mais comum é a doença de Alzheimer (DA), onde a sua patologia envolve o desenvolvimento de placas compostas pelo péotido amiloide-β (Aβ) extracelular. A presença de Aβ ativa a microglia de forma pró-inflamatória, sendo esta responsável por eliminar tanto depósitos solúveis quanto insolúveis de Aβ e prevenir a acumulação de placas existentes, minimizando assim a sua potencial neurotoxicidade. Contudo, a desregulação das vias de sinalização da microglia ao nível das sinapses leva a uma resposta neuroinflamatória inadequada e à inadequada fagocitose das placas de Aβ. Adicionalmente, a acumulação de Aβ interrompe as interações entre os neurónios e as células gliais, o que leva a uma redução das transmissões sinápticas. Para investigar o papel da microglia na patogénese das doenças neurodegenerativas, o modelo de microglia deve refletir um inicio de estado de repouso, permitindo a caracterização das reações da microglia a estímulos associados à patologia, como o Aβ e detritos de mielina. Estão descritos na literatura inúmeros estudos onde foram utilizados modelos in vivo de roedores para investigar fenótipos e funções da microglia, contudo a maioria dos ensaios clínicos baseados em animais acaba por falhar, uma vez que as assinaturas transcriptomicas da microglia são diferentes entre roedores e humanos. No entanto, estudar a microglia humana é difícil devido à raridade e à dificuldade de obtenção de células primárias a partir de tecido do SNC humano fetal ou adulto. Modelos de microglia derivadas de células estaminais de doentes surgiram como uma ferramenta aprimorada para uma tradução clínica eficaz, evitando as desvantagens das técnicas de isolamento e imortalização. No entanto, a diferenciação in vitro de células estaminais pluripotentes induzidas (iPSC) em microglias é difícil devido ao processo de reprogramação demorado e caro. A geração de microglia a partir de outras células, tais como as células mononucleares do sangue periférico (CMSP), pode ser uma possibilidade para superar as limitações existentes em outros modelos in vitro e in vivo. O objetivo do presente trabalho foi criar um modelo inovador de microglia in vitro que preservasse as características e respostas da microglia humanas, permitindo um estudo mais profundo do seu papel em doenças neurodegenerativas. As CMSP foram isoladas a partir de sangue periférico de adultos voluntários saudáveis, através de centrifugação por gradiente de densidade utilizando Ficoll. A microglia induzida (iMG) foi diferenciada a partir da cultura de CMSPs com recurso aos fatores de crescimento IL-34 e GM-CSF, durante 14 dias. Esta diferenciação foi validada pela caracterização celular onde exibiram morfologia ramificada típica de microglia em repouso e onde expressaram marcadores específicos de microglia TMEM119 e P2RY12. Esses resultados demonstram que as iMGs compartilham algumas características comuns das microglias humanas, sendo um método mais rápido do que aquele derivado das iPSCs, e adicionalmente, são obtidas recorrendo a uma amostra de sangue, que é considerado um método não invasivo amplamente aceite na investigação clínica. Seguidamente, avaliámos também se estas células poderiam ser usadas para investigar a fisiopatologia microglial associada a doenças cerebrais como a DA e a EM. O nosso estudo explorou as respostas das iMGs a estímulos associados a doenças, como Aβ e detritos de mielina (DM), para mimetizar as patologias da DA e da EM, respetivamente. Notavelmente, a iMG fagocitou eficazmente tanto o Aβ como os DM, fazendo a transição para um estado pró-inflamatório com morfologia alterada e expressão de marcadores pró-inflamatórios. Este modelo celular tem assim o potencial de elucidar vias relevantes da microglia, aprofundando a compreensão dos processos neurodegenerativos. O modelo de iMG oferece uma plataforma valiosa para investigar o impacto destas células nas condições neurodegenerativas e comparar as respostas microgliais entre condições saudáveis e patológicas, bem como o potencial para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas. Compreender as complexidades do comportamento da microglia e as suas interações com outras células cerebrais poderá melhorar a compreensão das doenças neurodegenerativas e abrir caminhos para tratamentos inovadores.Microglia are crucial immune cells of the central nervous system (CNS), that play a pivotal role in brain health. During CNS injury, microglia are responsible for the phagocytosis and elimination of dead cells, protein aggregates, and soluble antigens that may harm the CNS. Their dysfunction leads to a decline in debris removal, contributing to the onset of neurodegenerative diseases. However, understanding their intricate involvement in diseases like multiple sclerosis (MS) and Alzheimer's disease (AD) is challenging due to the limitations of human cell models. To address this, we aimed to create an innovative in vitro microglia model that preserves human microglial characteristics and responses, enabling a deeper exploration of their roles in neurodegenerative disorders. Using peripheral blood mononuclear cells (PBMCs), we generated induced microglia-like cells (iMG) that closely resembled the resting phenotype of adult human microglia. These iMG exhibited typical ramified morphology and expressed microglial specific markers as TMEM119 and P2RY12, providing a reliable and efficient model for investigating microglial reactions to pathology-associated stimuli. The iMG model demonstrated reproducibility across various healthy individuals, although with individual variability, establishing its potential for clinical research. Furthermore, our study explored iMG response to disease-associated stimuli, such as amyloid-β (Aβ) and myelin debris (MD), mimicking AD and MS pathologies, respectively. Notably, iMG effectively phagocytized Aβ and MD, shifting to a pro-inflammatory state with altered morphology and pro-inflammatory gene expression. This cellular model has the potential to elucidate differential microglia-relevant pathways, furthering our understanding of neurodegenerative processes. The iMG model offers therefore a valuable platform for investigating the impact of microglia on neurodegenerative conditions and comparing microglial responses between healthy and pathological conditions, as well as and the potential for the development of new therapeutic strategies. Understanding the complexities of microglial behaviour and their interactions with other brain cells will advance our comprehension of neurodegenerative diseases and pave the way for innovative treatments.iMed.ULisboa.Borralho, Adelaide Maria Afonso FernandesMacedo, Andreia Pereira BarateiroRepositório da Universidade de LisboaCosta, Inês Sofia Tomaz da2023-11-172023-09-292026-11-17T00:00:00Z2023-11-17T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/63028TID:203436407enginfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-03-04T01:21:00Zoai:repositorio.ul.pt:10451/63028Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T03:12:33.833724Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disorders
title New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disorders
spellingShingle New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disorders
Costa, Inês Sofia Tomaz da
Induced microglia-like cells (iMG)
Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs)
Multiple sclerosis
Alzheimer's disease
Teses de mestrado - 2023
Ciências da saúde
title_short New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disorders
title_full New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disorders
title_fullStr New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disorders
title_full_unstemmed New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disorders
title_sort New in vitro model of microglia derived from human PBMCs to unravel their contribution in neurodegenerative disorders
author Costa, Inês Sofia Tomaz da
author_facet Costa, Inês Sofia Tomaz da
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Borralho, Adelaide Maria Afonso Fernandes
Macedo, Andreia Pereira Barateiro
Repositório da Universidade de Lisboa
dc.contributor.author.fl_str_mv Costa, Inês Sofia Tomaz da
dc.subject.por.fl_str_mv Induced microglia-like cells (iMG)
Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs)
Multiple sclerosis
Alzheimer's disease
Teses de mestrado - 2023
Ciências da saúde
topic Induced microglia-like cells (iMG)
Peripheral blood mononuclear cells (PBMCs)
Multiple sclerosis
Alzheimer's disease
Teses de mestrado - 2023
Ciências da saúde
description Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, 2023, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-11-17
2023-09-29
2023-11-17T00:00:00Z
2026-11-17T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10451/63028
TID:203436407
url http://hdl.handle.net/10451/63028
identifier_str_mv TID:203436407
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
eu_rights_str_mv embargoedAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799137774944649216

Registros relacionados