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Publicação
Generation of an HFpEF in vitro model using hiPSC-derived cardiac organoids
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|---|---|---|---|---|
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF) affects over 32 million people
worldwide, with fibrosis representing a key underlying mechanism. Effective therapies remain lacking due to the challenge of establishing HFpEF models. A recent study from our
laboratory identified miRNA-mRNA interactions potentially relevant to HFpEF and validated
them in 2D cardiomyocyte cultures: Hyaluronan and Proteoglycan Link Protein 1 (HAPLN1) was
downregulated by hsa-miR-25-3p and hsa-miR-26a-5p, while Natriuretic Peptide B (NPPB) was
downregulated by hsa-miR-26a-5p. Although human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-
based cardiac models are useful tools for studying cardiac disease, 2D systems do not replicate
the complexity of in vivo (patho)physiology. To overcome this, hiPSC-derived cardiac organ-
oids have emerged as a promising alternative.
hiPSC-derived human cardioids that recapitulate essential structural and functional
features of the native heart were generated in the frame of this work. Here, I aimed to advance
the establishment of a reliable HFpEF in vitro model by addressing the potential role of hsa-miR-25-3p and hsa-miR-26a-5p in myocardial stiffness, using hiPSC-derived cardioids. The
suitability of cardioids for studying fibrosis-related mechanisms was demonstrated by cardiac
fibroblast (CF) activation, evidenced by increased α-smooth muscle actin (α-SMA) expression,
as well as by extracellular matrix (ECM) accumulation, evidenced by a statistically significant
increase in collagen deposits following Transforming Growth Factor β (TGF-β) treatment.
miRNA delivery into cardioids was optimized, with a liposomal-based approach using 1 μM
miRNA and serum supplementation after complex formation as the most effective condition,
ensuring distribution throughout the inner regions of the cardioid for six days. Repeated delivery of hsa-miR-25-3p and hsa-miR-26a-5p reduced HAPLN1 expression in one cardioid
batch, although no significant overall reduction was observed for either HAPLN1 or NPPB.
Under the same conditions, CF activation was promoted, although not significantly. ECM deposition did not increase significantly following the delivery of the miRNAs.
Altogether, this work demonstrates that our cardioid model effectively recapitulates
features of the human heart and is a suitable platform to investigate fibrosis-associated mechanisms, supporting its potential as an HFpEF model. Moreover, we established a protocol for
miRNA delivery into 3D cardiac systems. Further studies are required to confirm the down-
regulation of HAPLN1 and NPPB by hsa-miR-25-3p and hsa-miR-26a-5p in cardioids, as well
as to clarify their role in modulating CF activation and ECM deposition, processes that contribute to myocardial stiffness in HFpEF.
A insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada (ICFEP) afeta mais de 32 mi- lhões de pessoas em todo o mundo, sendo a fibrose um dos principais mecanismos subjacen- tes. Continuam a faltar terapias eficazes devido à dificuldade em estabelecer modelos de ICFEP. Um estudo recente do nosso laboratório identificou interações miRNA-mRNA poten- cialmente relevantes para ICFEP e validou-as em culturas 2D de cardiomiócitos: Hyaluronan and Proteoglycan Link Protein 1 (HAPLN1) foi regulado negativamente por hsa-miR-25-3p e hsa- miR-26a-5p, enquanto Natriuretic Peptide B (NPPB) foi regulado negativamente por hsa-miR- 26a-5p. Embora os modelos cardíacos baseados em células estaminais pluripotentes induzidas humanas (hiPSCs) sejam úteis para o estudo de doenças cardíacas, os sistemas 2D não repro- duzem a complexidade das condições (pato)fisiológicas in vivo. Para ultrapassar esta limitação, organoides cardíacos derivados de hiPSCs surgiram como uma alternativa promissora. Cardioides humanos derivados de hiPSCs que recapitulam características estruturais e funcionais essenciais do coração nativo foram gerados neste trabalho. Procurei contribuir para o estabelecimento de um modelo in vitro fiável de ICFEP, explorando o potencial papel de hsa-miR-25-3p e hsa-miR-26a-5p na rigidez miocárdica, utilizando cardioides derivados de hiPSCs. A adequação dos cardioides para o estudo de mecanismos relacionados com a fibrose foi demonstrada pela ativação de fibroblastos cardíacos (FCs), comprovada pelo aumento da expressão de α-smooth muscle actin (α-SMA), assim como pela acumulação de matriz extra- celular (MEC), comprovada por um aumento estatisticamente significativo de depósitos de colagénio após tratamento com Transforming Growth Factor β (TGF-β). A entrega de miRNA aos cardioides foi otimizada, sendo a abordagem baseada em lipossomas utilizando 1 μM de miRNA e suplementação com soro após a formação do complexo a mais eficaz, assegurando a distribuição para as regiões internas do cardioide durante seis dias. A entrega repetida de hsa-miR-25-3p e hsa-miR-26a-5p reduziu a expressão de HAPLN1 num dos lotes de cardioides, embora, no geral, não tenham sido observadas reduções significativas na expressão de HAPLN1 nem de NPPB. Nas mesmas condições, ativação de FCs foi promovida, embora sem significância estatística. A deposição de MEC também não aumentou de forma significativa após a entrega dos miRNAs. Em conjunto, este trabalho demonstra que o nosso modelo de cardioide recapitulou de forma eficaz características do coração humano e que constitui uma plataforma adequada para o estudo de mecanismos associados à fibrose, reforçando o seu potencial como modelo de ICFEP. Além disso, foi estabelecido um protocolo de entrega de miRNA em sistemas cardíacos 3D. Estudos futuros são necessários para confirmar a regulação negativa de HAPLN1 e NPPB por hsa-miR-25-3p e hsa-miR-26a-5p em cardioides e clarificar o seu papel na ativação de FCs e deposição de MEC, processos que contribuem para a rigidez miocárdica na ICFEP.
A insuficiência cardíaca com fração de ejeção preservada (ICFEP) afeta mais de 32 mi- lhões de pessoas em todo o mundo, sendo a fibrose um dos principais mecanismos subjacen- tes. Continuam a faltar terapias eficazes devido à dificuldade em estabelecer modelos de ICFEP. Um estudo recente do nosso laboratório identificou interações miRNA-mRNA poten- cialmente relevantes para ICFEP e validou-as em culturas 2D de cardiomiócitos: Hyaluronan and Proteoglycan Link Protein 1 (HAPLN1) foi regulado negativamente por hsa-miR-25-3p e hsa- miR-26a-5p, enquanto Natriuretic Peptide B (NPPB) foi regulado negativamente por hsa-miR- 26a-5p. Embora os modelos cardíacos baseados em células estaminais pluripotentes induzidas humanas (hiPSCs) sejam úteis para o estudo de doenças cardíacas, os sistemas 2D não repro- duzem a complexidade das condições (pato)fisiológicas in vivo. Para ultrapassar esta limitação, organoides cardíacos derivados de hiPSCs surgiram como uma alternativa promissora. Cardioides humanos derivados de hiPSCs que recapitulam características estruturais e funcionais essenciais do coração nativo foram gerados neste trabalho. Procurei contribuir para o estabelecimento de um modelo in vitro fiável de ICFEP, explorando o potencial papel de hsa-miR-25-3p e hsa-miR-26a-5p na rigidez miocárdica, utilizando cardioides derivados de hiPSCs. A adequação dos cardioides para o estudo de mecanismos relacionados com a fibrose foi demonstrada pela ativação de fibroblastos cardíacos (FCs), comprovada pelo aumento da expressão de α-smooth muscle actin (α-SMA), assim como pela acumulação de matriz extra- celular (MEC), comprovada por um aumento estatisticamente significativo de depósitos de colagénio após tratamento com Transforming Growth Factor β (TGF-β). A entrega de miRNA aos cardioides foi otimizada, sendo a abordagem baseada em lipossomas utilizando 1 μM de miRNA e suplementação com soro após a formação do complexo a mais eficaz, assegurando a distribuição para as regiões internas do cardioide durante seis dias. A entrega repetida de hsa-miR-25-3p e hsa-miR-26a-5p reduziu a expressão de HAPLN1 num dos lotes de cardioides, embora, no geral, não tenham sido observadas reduções significativas na expressão de HAPLN1 nem de NPPB. Nas mesmas condições, ativação de FCs foi promovida, embora sem significância estatística. A deposição de MEC também não aumentou de forma significativa após a entrega dos miRNAs. Em conjunto, este trabalho demonstra que o nosso modelo de cardioide recapitulou de forma eficaz características do coração humano e que constitui uma plataforma adequada para o estudo de mecanismos associados à fibrose, reforçando o seu potencial como modelo de ICFEP. Além disso, foi estabelecido um protocolo de entrega de miRNA em sistemas cardíacos 3D. Estudos futuros são necessários para confirmar a regulação negativa de HAPLN1 e NPPB por hsa-miR-25-3p e hsa-miR-26a-5p em cardioides e clarificar o seu papel na ativação de FCs e deposição de MEC, processos que contribuem para a rigidez miocárdica na ICFEP.
Descrição
Palavras-chave
HFpEF human cardioids miRNAs fibrosis