Perfil Transcriptómico de la Diferenciación Dirigida de iPSC a Células Similares a Hepatocitos

Área de la Ciencia:

• Biología de células madre
• Hepatología
• Genómica

Sus antecedentes:

• Los modelos experimentales actuales para enfermedades hepáticas tienen limitaciones, incluidos modelos animales que no predicen la fisiología humana y hepatocitos primarios que se desdiferencian en cultivo.
• Las células madre pluripotentes inducidas (iPSCs) ofrecen una alternativa prometedora para generar modelos hepáticos específicos del paciente.
• Los modelos in vitro estandarizados y reproducibles son cruciales para avanzar en la investigación de enfermedades hepáticas y el desarrollo de fármacos.

Objetivo del estudio:

• Comparar exhaustivamente los perfiles transcriptómicos de células similares a hepatocitos (HLCs) diferenciadas a partir de iPSCs en condiciones de cultivo 2D y 3D.
• Evaluar la etapa de desarrollo y maduración de las HLCs en ambos sistemas de cultivo.
• Establecer puntos de referencia cuantitativos para estandarizar los modelos hepáticos in vitro e identificar limitaciones para la optimización futura.

Principales métodos:

• Perfilado transcriptómico exhaustivo mediante secuenciación de ARN de HLCs derivadas de iPSCs.
• Análisis comparativo de patrones de expresión génica entre cultivos 2D y 3D en diferentes etapas de desarrollo.
• Evaluación de la activación de marcadores específicos de linaje (endodermo definitivo, intestino anterior posterior, hepatoblastos) y marcadores de hepatocitos maduros.
• Evaluación de la reproducibilidad en múltiples líneas de iPSC, incluidas aquellas de pacientes con trastornos genéticos.

Principales resultados:

• La secuenciación de ARN reveló la activación secuencial de marcadores clave del desarrollo en cultivos 2D y 3D.
• Los organoides 3D demostraron una expresión génica hepática significativamente mejorada, con un aumento de 33 veces en HNF4A y marcadores elevados de hepatocitos maduros.
• A pesar de los marcadores hepáticos mejorados, los cultivos 3D retuvieron características fetales (290 veces más AFP) y mostraron una función metabólica alterada (2000 veces menos CYP3A4 en comparación con el hígado adulto).
• Se observó una correlación moderada (ρ = 0.57) entre los cultivos 3D y el tejido hepático adulto, lo que indica una maduración parcial.
• Se logró una alta reproducibilidad en cinco líneas distintas de iPSC.

Conclusiones:

• Los cultivos de organoides tridimensionales mejoran la expresión génica hepática en comparación con los cultivos 2D, pero no reproducen completamente la función metabólica del hígado adulto.
• Los modelos hepáticos actuales derivados de iPSCs presentan limitaciones para lograr la maduración metabólica completa y la actividad de las enzimas P450.
• Los puntos de referencia transcriptómicos cuantitativos proporcionan una herramienta valiosa para estandarizar los modelos hepáticos in vitro.
• Se requiere una mayor optimización del protocolo para mejorar la maduración metabólica y la capacidad funcional de estos modelos para la modelización de enfermedades y el cribado de fármacos.