Organoides de origen humano como modelo fisiopatológico de evaluación terapéutica de fármacos en COVID-19 / Organoids as a physiopathology model and therapeutic drug evaluation tool in COVID-19

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

Amoebicidal and trichomonicidal capacity of polymeric nanoparticles loaded with extracts of the plants Curcuma longa (Zingiberaceae) and Berberis vulgaris (Berberidaceae) / Capacidad amebicida y tricomonicida de nanopartículas poliméricas cargadas con extractos de las plantas Curcuma longa (Zingiberaceae) y Berberis vulgaris (Berberidaceae)

Abstract Introduction: Pathogenic protozoans, like Entamoeba histolytica and Trichomonas vaginalis, represent a major health problem in tropical countries; and polymeric nanoparticles could be used to apply plant extracts against those parasites. Objective: To test Curcuma longa ethanolic extract and Berberis vulgaris methanolic extracts, and their main constituents, against two species of protozoans. Methods: We tested the extracts, as well as their main constituents, curcumin (Cur) and berberine (Ber), both non-encapsulated and encapsulated in polymeric nanoparticles (NPs), in vitro. We also determined nanoparticle characteristics by photon correlation spectroscopy and scanning electron microscopy, and hemolytic capacity by hemolysis in healthy erythrocytes. Results: C. longa consisted mainly of tannins, phenols, and flavonoids; and B. vulgaris in alkaloids. Encapsulated particles were more effective (P < 0.001); however, curcumin and berberine nanoparticles were the most effective treatments. CurNPs had IC50 values (µg/mL) of 9.48 and 4.25, against E. histolytica and T. vaginalis, respectively, and BerNPs 0.24 and 0.71. The particle size and encapsulation percentage for CurNPs and BerNPs were 66.5 and 73.4 nm, and 83.59 and 76.48 %, respectively. The NPs were spherical and significantly reduced hemolysis when compared to non-encapsulated extracts. Conclusions: NPs represent a useful and novel bioactive compound delivery system for therapy in diseases caused by protozoans.

Resumen Introducción: Los protozoos patógenos, como Entamoeba histolytica y Trichomonas vaginalis, representan un importante problema de salud en los países tropicales; y se podrían usar nanopartículas poliméricas para aplicar extractos de plantas contra esos parásitos. Objetivo: Probar los extractos etanólicos de Curcuma longa y Berberis vulgaris, y sus principales constituyentes, contra dos especies de protozoos. Métodos: Probamos los extractos, así como sus principales constituyentes, curcumina (Cur) y berberina (Ber), tanto no encapsulados como encapsulados en nanopartículas poliméricas (NPs), in vitro. También determinamos las características de las nanopartículas por espectroscopía de correlación de fotones y microscopía electrónica de barrido, y la capacidad hemolítica por hemólisis en eritrocitos sanos. Resultados: C. longa tenía principalmente: taninos, fenoles y flavonoides; y B. vulgaris, alcaloides. Las partículas encapsuladas fueron más efectivas (P < 0.001); sin embargo, las nanopartículas de curcumina y berberina fueron los tratamientos más efectivos. CurNPs tenía valores IC50 (µg/mL) de 9.48 y 4.25, contra E. histolytica y T. vaginalis, respectivamente, y BerNPs 0.24 y 0.71. El tamaño de partícula y el porcentaje de encapsulación para CurNPs y BerNPs fueron: 66.5 y 73.4 nm, y 83.59 y 76.48 %, respectivamente. Los NP son esféricos y redujeron significativamente la hemólisis en comparación con los extractos no encapsulados. Conclusiones: Las NP representan un sistema de administración de compuestos bioactivos útil y novedoso para la terapia enfermedades causadas por protozoos.

Descubrimiento de fármacos basado en imagenología de células vivas / Drug discovery based on live cell imaging

RESUMEN El diseño eficiente de compuestos aprovechando las características estructurales de las moléculas y la búsqueda eficiente de dianas terapéuticas, ha proporcionado herramientas efectivas en la investigación de nuevos tratamientos cuando esta se enfoca en mecanismos celulares de la enfermedad. Los cambios fenotípicos producidos por la interacción in vitro entre molécula-diana, pueden controlarse cuantitativamente mediante imagenología de células vivas. Para garantizar una interacción adecuada, es necesario considerar diferentes elementos cruciales: 1. Las características estructurales y la dinámica molecular del compuesto a evaluar. 2. La relevancia del blanco para la fisiopatología de interés. Sin embargo, el desconocimiento del panorama general en el descubrimiento de fármacos, desde problemáticas estructurales y celulares, ha enlentecido la búsqueda de nuevos tratamientos. Esta revisión descriptiva de tema presenta algunos aspectos estructurales importantes para la caracterización de compuestos como candidatos terapéuticos, y aproximaciones experimentales para desarrollo de sistemas celulares. Los tópicos discutidos se enfocan en la monitorización por imagenología de células vivas y así mismo proporcionamos ejemplos relevantes. La monitorización de efectos fenotípicos producidos por interacciones entre candidato químico y blanco terapéutico en un sistema celular puede favorecer la búsqueda eficiente de moléculas potencialmente terapéuticas.

SUMMARY The efficient compounds' design taking advantage of the molecule's structural characteristics and efficient search for therapeutic targets has provided effective tools for the research of new treatments when this is focused on disease cellular mechanisms. Phenotypic changes produced by in vitro interaction between molecules and targets can be monitored quantitatively by live cell imaging. To guarantee adequate interaction, it is necessary to consider different crucial elements: 1. Structural characteristics and molecular dynamics of the evaluated compound. 2. Target relevance for the concern physiopathology. However, overview's ignorance of the drug discovery, from structural and cellular problems, has slowed the new treatments research. This literature review presents some important structural aspects for compounds' characterization as therapeutic candidates and experimental approaches for cellular systems development. Subjects discussed are focused on live cell imaging and we also provide relevant examples. Phenotypic monitoring of interactions' produced effects between the chemical candidate and therapeutic target in a cellular system can favor the efficient search of potentially therapeutic molecules.

Are traditional medicinal plants and ethnobotany still valuable approaches in pharmaceutical research? / Son las plantas medicinales tradicionales y la etnobotánica aproximaciones valiosas de la investigación farmacéutica?

Traditional medicinal plants have been the origin and basis of pharmacology and therapeutics. On the other side, over the last decades, natural product and medicinal plant research have been cut down within pharmaceutical companies claiming economic and availability reasons. However, traditional medicinal plants have played an important role in drug discovery. For these reason, ethnobotany and traditional medicine may still be a useful strategy and a valuable tool for future pharmaceutical research.

Las plantas medicinales tradicionales han constituido el origen y las bases de la farmacología y la terapéutica. Por otro lado, en las últimas décadas, la investigación sobre productos naturales y plantas medicinales se ha reducido considerablemente en las industrias farmacéuticas debido a diversos motivos, entre ellos disponibilidad y coste. Sin embargo, las plantas medicinales con usos tradicionales han jugado un papel fundamental y decisivo en el descubrimiento de nuevos fármacos. Por este motivo, la etnobotánica y la medicina tradicional todavía pueden constituir una estrategia útil y una herramienta valiosa para la investigación farmacéutica del futuro.