Organoides de Medula Óssea Humana Modelam Cânceres do Sangue e a Produção de Células Imunes

A medula óssea é o motor do organismo para a produção de células sanguíneas e imunológicas, organizada em nichos especializados que envolvem células estromais mesenquimais, vasculatura, osteoblastos e adipócitos. A perturbação desses nichos está na base de uma ampla gama de cânceres hematológicos e síndromes de falência medular. No entanto, a medula óssea humana é de difícil acesso, e os modelos animais reproduzem de forma inadequada a biologia específica dos humanos. Os modelos in vitro existentes dependem de células primárias de doadores, o que limita a reprodutibilidade e a escalabilidade, e nenhum deles captou simultaneamente a hematopoiese linfoide e mieloide juntamente com a diversidade estromal completa.

Para resolver esse problema, pesquisadores desenvolveram o comBO (combined bone and lympho-myeloid bone marrow organoid), derivado inteiramente de células-tronco pluripotentes induzidas humanas (hiPSCs). A diferenciação ocorreu por meio de coquetéis sequenciais de citocinas em condições fisiológicas de 5% de oxigênio por 20 dias, seguida de uma fase de indução linfoide com introdução de IL-7, e uma fase de maturação a 20% de oxigênio até o dia 35. De forma crucial, os organoides foram cultivados em scaffolds de microgel granular, em vez de hidrogéis em massa, melhorando drasticamente a escalabilidade, a reprodutibilidade e a eficiência de extração.

A citometria de fluxo e o sequenciamento de RNA em célula única (scRNA-seq) de mais de 45.000 células provenientes de quatro diferenciações independentes confirmaram a geração de HSPCs, monócitos, neutrófilos, células dendríticas, células eritroides, megacariócitos, progenitores de células T, células NK, progenitores de células B, células endoteliais sinusoidais/arteriais/capilares, MSCs, progenitores CAR, osteoblastos, progenitores de linhagem óssea, adipócitos e osteoclastos iniciais. As células estromais expressaram fatores-chave de suporte hematopoiético, incluindo CXCL12, KITLG, IL7, DLL4, JAG1/2 e ANGPT1/2. As análises de trajetória confirmaram a diferenciação genuína de HSC/MPP nas ramificações mieloide e linfoide. A integração com um atlas de medula óssea humana adulta demonstrou alta homologia transcricional, com as células do comBO se assemelhando mais à medula óssea adulta do que à fetal no dia 35.

Para validar a utilidade na modelagem de doenças, os pesquisadores enxertaram células primárias de pacientes com mieloma múltiplo nos comBOs, criando os chamados "chimeroids". Esses modelos reproduziram fielmente as características da biologia do mieloma: inflamação estromal, reprogramação metabólica das MSCs e maturação arrestada de osteoblastos, mimetizando a doença óssea do mieloma. A análise de interações receptor-ligante identificou a sinalização do fator inibidor de macrófagos (MIF) como um mediador central da inflamação do nicho induzida pelo mieloma. A inibição farmacológica do MIF reduziu a sinalização inflamatória no nicho do organoide e suprimiu a proliferação de células de mieloma, identificando o MIF como um potencial alvo terapêutico.

Ensaios seriais de ressemeadura de organoides demonstraram potencial linfoide-mieloide sustentado a longo prazo, evidenciando a durabilidade funcional dos comBOs. Embora este estudo tenha se concentrado no mieloma múltiplo como prova de conceito, a plataforma foi desenvolvida para ser amplamente aplicável a outros distúrbios hematológicos e condições imunológicas. Os comBOs representam um avanço significativo em direção a uma modelagem humana da medula óssea fisiologicamente fiel e escalável, tanto para pesquisas mecanísticas quanto para a descoberta translacional de medicamentos.