ABSTRACT
Introducción: La pandemia causada por SARS-CoV-2 ha impactado al mundo gravemente en diversos ámbitos y con ello ha surgido la necesidad de contar con herramientas con mayor relevancia fisiológica para investigar patologías complejas como el COVID-19. Los organoides son un modelo experimental con características únicas como la capacidad de autoformar una estructura tridimensional utilizando células en cultivo. Sobre esta base, surge la siguiente pregunta ¿son los organoides un modelo experimental factible para reflejar la fisiopatología del COVID-19 y evaluar la eficacia de fármacos que limiten su progresión? Metodología: Para abordar esta interrogante, esta revisión plantea el analizar la validez de los organoides como modelo experimental y verificar su utilidad en la evaluación de fármacos para el COVID-19. Para cumplir estos objetivos se realizó una revisión sistemática cualitativa de la literatura, a través de una búsqueda en PubMed con el término 'COVID-19 and stem cells and organoids' y también en un número especial de la revista Cell. Resultados: Se organizaron los resultados relevantes por sistema fisiológico y en la evaluación de fármacos. Los organoides más empleados para estudios de COVID-19 correspondieron a tejido respiratorio, nervioso y digestivo. Algunos resultados encontrados en la revisión fueron similares a aquellos obtenidos a partir de tejidos de pacientes COVID-19 o autopsias, encontrándose hallazgos relevantes como la posible disrupción de la barrera epitelial del sistema nervioso por infección del plexo coroideo. También se logró observar efectividad de fármacos que posteriormente pasaron a ser aprobados y utilizados exitosamente en pacientes. Conclusión: Los organoides se pueden componer a partir de diferentes tipos celulares y bajo diferentes protocolos experimentales, siendo relevante la lectura crítica de los artículos científicos para decidir si sus resultados son extrapolables a la fisiopatología de la enfermedad.
Introduction: The pandemic caused by SARS-CoV-2 has impacted the world severely in several aspects and has created the need for research tools to study the COVID-19 disease. Organoids are experimental models with unique characteristics, like the ability to self-assemble in a tridimensional structure. Based on this, the following question arises: are organoids an experimental model suitable to reflect the physiopathology of COVID-19 and to allow the evaluation of the efficacy of drugs that limit its progression? Methods: To approach this question, this review aimed to analyze the validity of organoids as an experimental model and verify their utility in COVID-19 drug evaluation. To resolve these objectives, a qualitative systematic review was done through a PubMed search with the terms 'COVID-19 and stem cells and organoids' and on a special issue of the Cell Journal. Results: The results were organized by physiologic system and therapeutic drug evaluation. The most utilized tissues for the COVID-19 study were respiratory, nervous, and digestive. Some results found in the review were like those obtained from COVID-19 patient tissue or autopsies, finding some relevant discoveries like the possibility of the choroid plexus disruption in the nervous system caused by the infection. Efficacy was also observed in approved drugs and used later in patients successfully. Conclusion: Organoids might be composed starting with different cell types and under a variety of experimental protocols, being relevant the critical reading of the scientific literature to decide whether their results can be extrapolated to the pathophysiology of the disease
ABSTRACT
Há muitos anos a cultura celular bidimensional (2D) é utilizada como modelo de estudo de doenças, possuindo grande importância na medicina regenerativa, apesar de ainda conter limitações significativas. A fim de contornar essas limitações, a cultura celular tridimensional (3D) propõe uma organização mais complexa e sustentável que pode ser produzida a partir de células-tronco adultas (ASCs), células-tronco embrionárias (ESCs) ou células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs). A cultura 3D possibilitou o cultivo de células em um ambiente mais próximo do fisiológico, levando à formação de distintos tecidos órgãos-específicos. Em outras palavras, a cultura de células 3D possibilita a criação de estruturas orgânicas muito semelhantes aos órgãos de um ser humano, tanto estruturalmente, quanto funcionalmente. Desse modo, tem-se o que é chamado de organoides. O uso dos organoides tem crescido exponencialmente em ambientes in vitro, permitindo a análise e observação dos diversos fenômenos fisiológicos existentes. Como exemplo, pode-se citar os organoides cerebrais ("mini-brains") reproduzidos in vitro buscando delinear as peculiaridades e complexidades do cérebro humano, com o objetivo de compreender algumas disfunções neurológicas que acometem esse sistema, como as duas principais doenças neurodegenerativas: Doenças de Alzheimer e Parkinson. Portanto, os organoides cerebrais podem permitir notável avanço da medicina regenerativa aplicada a doenças neurodegenerativas, já que esses "mini-brains" podem ser produzidos a partir de células do próprio paciente. Isso permitirá intervenções personalizadas, como testagens farmacológicas, a fim de definir qual seria o melhor tratamento medicamentoso. Consequentemente, essa tecnologia pode permitir terapias mais eficientes e individualizadas - o que é fundamental para a Medicina Personalizada (AU).
For many years, two-dimensional (2D) cell culture has been used as a model to study diseases, having great importance in regenerative medicine, despite still having significant limitations. In order to circumvent these limitations, three-dimensional (3D) cell culture proposes a more complex and sustainable organization that can be produced from adult stem cells (ASCs), embryonic stem cells (ESCs) or induced pluripotent stem cells (iPSCs). The 3D culture enabled the cultivation of cells in an environment closer to the physiological one, leading to the formation of different organ-specific tissues. In other words, 3D cell culture makes it possible to create organic structures very similar to the organs of a human being, both structurally and functionally. In this way, we have what are called organoids. The use of organoids has grown exponentially in in vitro environments, allowing the analysis and observation of the various existing physiological phenomena. As an example, we can mention the brain organoids ("mini-brains") reproduced in vitro, seeking to delineate the peculiarities and complexities of the human brain, in order to understand some neurological dysfunctions that affect this system, such as the two main neurodegenerative diseases: Alzheimer's and Parkinson's Diseases. Therefore, brain organoids may allow a remarkable advance in regenerative medicine applied to neurodegenerative diseases, as these "mini-brains" can be produced from the patient's own cells. This will allow for personalized interventions, such as drug testing, in order to define what would be the best drug treatment. Consequently, this technology can enable more efficient and individualized therapies - which is fundamental for Personalized Medicine (AU).
Subject(s)
Humans , Parkinson Disease , Organoids , Concierge MedicineABSTRACT
ABSTRACT Objectives: The present review intended to present a critical overview of the methodological and experimental advances concerning tridimensional cell culture models within the scope of gastrointestinal research. Methods: A literature review was performed and some of the main published articles in the area were mentioned. Main results: Classic studies and high impact results were presented, starting from the pioneer works with gastrointestinal organoids, with a small gut organoid, to the achievement of guts-on-a-chip and multi-organ-chips. It was also discussed which implications the construction of such co-cultures bring, as well as future applications arising from these new methodologies. Conclusions: Despite the still discrete number of publications, in quantitative terms, there are qualitative promising and consistent results addressing physiopathological aspects and new therapeutic perspectives of tridimensional in vitro cultures in the gastroenterology field. It is expected, thus, that such new methodological approaches, including organoids and guts-on-a-chip, may contribute decisively to the advance in knowledge on basic aspects, as well as on the translation to new therapeutic approaches in gastrointestinal diseases.
RESUMO Objetivos: A presente revisão visou apresentar uma abordagem crítica dos avanços metodológicos e experimentais referentes a modelos de cultura celular tridimensionais no âmbito do sistema gastrintestinal. Métodos: Foi realizada revisão da literatura com ênfase nos principais artigos publicados na área. Resultados principais: São apresentados trabalhos clássicos e resultados de maior impacto, desde os trabalhos pioneiros com organoides do sistema gastrintestinal, com intestino delgado, até a obtenção de guts-on-a-chip e multi-organ-chips. Discutiu-se, ainda, as implicações decorrentes da elaboração de tais co-culturas, bem como as futuras aplicações decorrentes dessas novas metodologias. Conclusões: Apesar do número ainda discreto de publicações, em termos quantitativos, há, qualitativamente, resultados promissores e consistentes abordando aspectos fisiopatológicos e de novas perspectivas terapêuticas em gastrenterologia decorrentes das culturas tridimensionais in vitro. É esperado, portanto, que essas novas abordagens metodológicas incluindo organoides e guts-on-a-chip possam contribuir decisivamente para o avanço no conhecimento sobre de aspectos básicos, bem como para a translação do conhecimento para novas abordagens terapêuticas em doenças gastrintestinais.