Diferenciamiento de células madre pluripotentes inducidas a organoides de médula espinal y microglía para la creación de un modelo de esclerosis lateral amiotrófica

Abstract

La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una enfermedad neurodegenerativa multifactorial sin cura asociada a la edad, caracterizada por la degeneración de las motoneuronas superiores e inferiores, conduciendo a una atrofia muscular severa. El 90% de los casos de ELA son esporádicos. Más de 30 genes han sido identificados como causantes de casos familiares, aunque aún no están claros todos los mecanismos patológicos. Muchos estudios apuntan hacia mecanismos en los que células no neuronales juegan un papel importante en la patología, como la microglía mediante la neuroinflamación. Las células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSCs) han demostrado ser una buena técnica para generar modelos de ELA in vitro mediante el diferenciamiento a motoneuronas o microglía, ofreciendo también la posibilidad de crear modelos 3D, como organoides cerebrales o construir coculturas celulares. En esta tesis se han diferenciado iPSCs de pacientes de ELA y controles sanos a microglía y organoides de médula espinal, los cuales han sido caracterizados fenotípica y funcionalmente con ensayos de inmunofluorescencia. En el futuro se hará una cocultura con ambos modelos para investigar el papel de la neuroinflamación y los patomecanismos no neuronales, así como una comparación entre los modelos derivados de pacientes y de controles sanos.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an age-dependent multifactorial neurodegenerative disease with no cure, characterized by the degeneration of upper and lower motor neurons, leading to a severe muscle atrophy. 90 % of ALS cases are sporadic, while more than 30 genes have been found to be causative of familial cases, although all the pathological mechanisms are still unclear. Many studies are pointing towards non-cell autonomous mechanisms, where non-neuronal cells play an important role in the pathology, like microglia through neuroinflammation. Human induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs) have proven to be a good technique to establish ALS in vitro models through their differentiation into motor neurons or microglia, and also offering the possibility to create 3D models as brain organoids or assembling co-culture systems. In this thesis, ALS patient- and healthy control-derived iPSCs were differentiated into microglia (iPSC-microglia) and spinal cord organoids (iPSC-SCO) and were then phenotypically and functionally characterized by immunofluorescence. These in vitro models will be co-cultured in the future in order to investigate the role of neuroinflammation and non-cell autonomous mechanisms in ALS, as well as to compare the ALS patient-derived models with the healthy controls.