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Publicação
Development of specialized multicellular 3D-Organotypic models to evaluate pathogenic mechanisms in non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD)
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Abstract
Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD), previously
known as non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD), affects over 30% of the global adult
population. This condition includes a range of liver disorders, from steatosis
(metabolic dysfunction-associated steatotic liver, MASL) to more severe stages such
as metabolic dysfunction-associated steatohepatitis (MASH) and fibrosis, which can
progress to cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Effective therapies for MASLD are
limited due to its multifactorial nature, which involves complex interactions among
genetic, dietary, lifestyle, and metabolic factors. The interplay of processes which lead
to lipotoxicity, insulin resistance, oxidative stress, mitochondrial dysfunction,
ferroptosis, and inflammation in MASLD are not fully understood. Studies addressing
MASLD have been hampered primarily due to the limitations of in vivo models and
the lack of suitable in vitro models, particularly regarding the lack of accurate
representation of chronic inflammation.
This research project aimed to develop in vitro 3D hepatic models to address these
gaps, specifically by creating (i) spheroids of cultured human hepatocytes and (ii) liver
organoids that combine human hepatocytes with primary non-parenchymal cells.
MASLD-like conditions could be induced in these models by exposing them to a
combination of energy substrates. The resulting spheroids and organoids exhibited
key MASLD characteristics, including steatosis, inflammation, oxidative and
mitochondrial stress, and disrupted liver functions, such as dysregulated albumin-,
bilirubin-, and cholesterol-homeostasis, along with elevated inflammatory markers.
Notably, the organoid model, with its multiple liver cell types, demonstrated greater
tolerance to hepatic functional disruption compared to hepatocyte spheroids,
reflected by a more moderate and balanced inflammatory response.
Overall, these findings demonstrate that the developed liver organoid serves as an
effective 3D multicellular model capable of mimicking MASLD development and
pathology. This model holds significant value for studying the pathophysiological
pathways underlying MASLD, potentially informing future therapeutic strategies and
aiding in the identification of diagnostic and prognostic biomarkers.
Resumo A doença hepática esteatótica associada a disfunção metabólica (MASLD), anteriormente conhecida como doença hepática gordurosa não alcoólica (NAFLD), afeta mais de 30% da população adulta global. Esta condição abrange distúrbios hepáticos, desde a esteatose (fígado esteatótico associado à disfunção metabólica, MASL) até estágios mais graves, como a esteato-hepatite associada à disfunção metabólica (MASH) e fibrose, podendo progredir para cirrose e carcinoma hepatocelular. O tratamento é limitado devido à natureza multifatorial da patologia, que envolve interações complexas entre fatores genéticos, dietéticos, de estilo de vida e metabólicos. A interação de processos que conduzem à lipotoxicidade, resistência à insulina, stress oxidativo, disfunção mitocondrial, ferroptose e inflamação, em MASLD, não é totalmente compreendida. Os estudos têm sido dificultados devido às limitações dos modelos in vivo e à falta de modelos in vitro com relevância clínica, especialmente na representação precisa da inflamação crónica. Este projeto teve como objetivo desenvolver modelos hepáticos 3D in vitro para colmatar estas lacunas, através da criação de (i) esferoides de hepatócitos humanos e (ii) organoides hepáticos que combinam hepatócitos humanos com células não parenquimatosas primárias. Condições semelhantes à MASLD foram induzidas nestes modelos, expondo-os a uma combinação de substratos energéticos. Os esferoides e organoides resultantes exibiram características chave da patologia, incluindo esteatose, inflamação, stress oxidativo e mitocondrial, e funções hepáticas alteradas, como homeostase desregulada de albumina, bilirrubina e colesterol, juntamente com níveis elevados de marcadores inflamatórios. O modelo de organoide, com a sua complexidade celular, demonstrou maior tolerância à disfunção hepática em comparação com os esferoides, apresentando uma resposta inflamatória mais moderada e equilibrada. Estes resultados demonstram que o organoide hepático desenvolvido é um modelo multicelular 3D capaz de mimetizar os parâmetros patológicos e a progressão da MASLD, sendo uma mais-valia para o estudo das vias fisiopatológicas subjacentes e auxiliando o desenvolvimento de futuras terapias e biomarcadores.
Resumo A doença hepática esteatótica associada a disfunção metabólica (MASLD), anteriormente conhecida como doença hepática gordurosa não alcoólica (NAFLD), afeta mais de 30% da população adulta global. Esta condição abrange distúrbios hepáticos, desde a esteatose (fígado esteatótico associado à disfunção metabólica, MASL) até estágios mais graves, como a esteato-hepatite associada à disfunção metabólica (MASH) e fibrose, podendo progredir para cirrose e carcinoma hepatocelular. O tratamento é limitado devido à natureza multifatorial da patologia, que envolve interações complexas entre fatores genéticos, dietéticos, de estilo de vida e metabólicos. A interação de processos que conduzem à lipotoxicidade, resistência à insulina, stress oxidativo, disfunção mitocondrial, ferroptose e inflamação, em MASLD, não é totalmente compreendida. Os estudos têm sido dificultados devido às limitações dos modelos in vivo e à falta de modelos in vitro com relevância clínica, especialmente na representação precisa da inflamação crónica. Este projeto teve como objetivo desenvolver modelos hepáticos 3D in vitro para colmatar estas lacunas, através da criação de (i) esferoides de hepatócitos humanos e (ii) organoides hepáticos que combinam hepatócitos humanos com células não parenquimatosas primárias. Condições semelhantes à MASLD foram induzidas nestes modelos, expondo-os a uma combinação de substratos energéticos. Os esferoides e organoides resultantes exibiram características chave da patologia, incluindo esteatose, inflamação, stress oxidativo e mitocondrial, e funções hepáticas alteradas, como homeostase desregulada de albumina, bilirrubina e colesterol, juntamente com níveis elevados de marcadores inflamatórios. O modelo de organoide, com a sua complexidade celular, demonstrou maior tolerância à disfunção hepática em comparação com os esferoides, apresentando uma resposta inflamatória mais moderada e equilibrada. Estes resultados demonstram que o organoide hepático desenvolvido é um modelo multicelular 3D capaz de mimetizar os parâmetros patológicos e a progressão da MASLD, sendo uma mais-valia para o estudo das vias fisiopatológicas subjacentes e auxiliando o desenvolvimento de futuras terapias e biomarcadores.
Descrição
Palavras-chave
3D-Organotypic non-alcoholic fatty liver