Il Priming con DMSO Potenzia la Formazione di Organoidi Renali da Cellule Staminali

Gli organoidi renali derivati da cellule staminali pluripotenti indotte umane (hiPSCs) offrono enormi prospettive per la modellazione delle malattie renali, lo screening dei farmaci nefrotossici e, in ultima analisi, il supporto alla medicina rigenerativa. Tuttavia, i protocolli di differenziazione esistenti rimangono inefficienti e incoerenti tra le diverse linee cellulari, il che motiva la ricerca di interventi semplici in grado di migliorare la qualità delle cellule di partenza prima dell'inizio della differenziazione.

Questo studio condotto dal MERLN Institute dell'Università di Maastricht ha indagato se un breve trattamento a basse dosi con dimetilsolfossido (DMSO) potesse "condizionare" le hiPSCs per farle differenziare in modo più efficiente in organoidi renali. Tre linee hiPSC validate (LUMC, H101, H107) sono state trattate con DMSO allo 0%, 1% o 2% per 24 ore, quindi sottoposte al consolidato protocollo a monostrato 2D a tappe di Morizane et al. 2017, che prevede la progressione attraverso la striscia primitiva, il mesoderma intermedio, le cellule progenitrici del nefrone e infine gli organoidi renali nell'arco di 21 giorni.

Il trattamento con DMSO ha prodotto diverse modificazioni degne di nota nelle hiPSCs prima della differenziazione. A concentrazioni dell'1–2%, il DMSO ha ridotto l'espressione dei principali fattori di trascrizione della pluripotenza (OCT4, SOX2) e alterato i marcatori di superficie della pluripotenza (TRA-1-60, TRA-1-81, SSEA3, SSEA4), come misurato dalla citometria a flusso. È stato rilevato un rimodellamento epigenetico, coerente con la nota capacità del DMSO di influenzare l'accessibilità della cromatina. La morfologia delle colonie è risultata visibilmente alterata, con cellule che presentavano un aspetto più compatto e uniforme. L'analisi del ciclo cellulare ha confermato la sincronizzazione in fase G1, in linea con precedenti segnalazioni secondo cui il DMSO inibisce la fosforilazione del retinoblastoma attraverso la modulazione della via PI3K, mantenendo efficacemente le cellule in uno stato più ricettivo ai segnali di differenziazione.

I risultati della differenziazione a valle sono risultati sostanzialmente migliorati. Al giorno 9 del protocollo, le hiPSCs trattate con DMSO hanno mostrato un'espressione significativamente aumentata di SIX2, il marcatore caratteristico delle cellule progenitrici del nefrone del mesoderma metanefrico. Al termine del protocollo di 21 giorni, le colture condizionate con DMSO hanno prodotto un maggior numero di organoidi renali con strutture tubulari chiaramente definite—inclusi tubuli prossimali, tubuli distali, strutture simil-glomerulari e marcatori del dotto collettore (PODXL, LRP2, GATA3)—rispetto ai controlli non trattati. L'effetto è stato osservato in più linee hiPSC indipendenti, il che suggerisce che il beneficio non sia specifico per una singola linea.

Gli autori propongono che l'impatto del DMSO sulla via di segnalazione PI3K, sulla dinamica del citoscheletro, sull'adesione cellulare e sullo stato epigenetico collettivamente prepari le hiPSCs verso uno stato pluripotente di transizione più responsivo alla segnalazione Wnt (CHIR99021), Activin A e FGF9 utilizzata nel protocollo Morizane. Il basso costo, la semplicità e l'ampia applicabilità di una fase di pre-trattamento di 24 ore con DMSO rendono questa modifica facilmente adottabile. I limiti includono la necessità di una più approfondita dissezione meccanicistica dei bersagli epigenetici del DMSO, l'assenza di dati a risoluzione di singola cellula che caratterizzino la composizione degli organoidi e interrogativi aperti circa la possibile riduzione anche delle popolazioni cellulari non target nei punti temporali più avanzati della coltura.