Generació de cèl·lules estrellades derivades de iPSCs i la seva utilització com a model per l'estudi de la fibrosi hepàtica

Abstract

La tesi doctoral es centra en la generació i caracterització de les cèl·lules estrellades hepàtiques derivades de cèl·lules mare pluripotents induïdes (iPSCs), anomenades com iPSC-HSCs, pel modelatge in vitro de les malalties hepàtiques i cribratge de fàrmacs anti-fibrogènics. Les iPSC- HSCs són similars a les HSCs primàries a nivell fenotípic, funcional i transcriptòmic, i es poden expandir, criopreservar i co-cultivar amb altres tipus cel·lulars hepàtics demostrant el seu potencial com a nova font de HSCs per realitzar assaigs in vitro. A més, en aquesta tesi doctoral es va determinar que el protocol de diferenciació de les HSCs basat en l'exposició de factors de creixement durant 12 dies, induïa la diferenciació de les iPSCs a una varietat de cèl·lules intermèdies amb característiques proliferatives i mesotelials que finalment donaven lloc a subpoblacions de cèl·lules HSCs. Aquest protocol podria estar mimetitzant el desenvolupament embrionari de les HSCs descrit en models animals. A punt final de la diferenciació, s'obtenen diferents poblacions de HSCs que podrien estar indicant l'heterogeneïtat de les HSCs ja prèviament observada en estudis en models animals i mostres de pacients. Per tant, ajustant el nostre protocol de diferenciació permetria generar HSCs en diferents perfils genètics presents en la fisiologia i fisiopatologia hepàtica.

El fet de d’obtenir cèl·lules diferenciades a partir de iPSCs permet establir sistemes de cultius cel·lulars personalitzats, ja que les iPSCs es poden obtenir de pacients específics i a més es poden modificar genèticament generant cèl·lules amb mutacions o polimorfismes associats a malalties hepàtiques. Per aquest motiu, en aquesta tesi doctoral hem generat una línia de iPSCs amb la sobreexpressió d'una variant genètica del gen Hidroxiesteroid 17-Beta Deshidrogenasa 13 (HSD17B13) que té un efecte protector en la progressió de la malaltia de fetge gras no alcohòlica. Les iPSCs es van modificar amb la inserció de la variant del gen HSD17B13 i posteriorment es van diferenciar a hepatòcits i HSCs. Els hepatòcits que presenten la sobreexpressió de HSD17B13 presentaven menys dany hepatocitari que els hepatòcits controls al tractar-se amb medi lipotòxic i per tant, les cèl·lules amb la variant genètica mimetitzen l’efecte protector descrit en la fisiopatologia hepàtica. Així doncs, les iPSCs permeten generar cèl·lules hepàtiques amb o sense polimorfismes per modelar malalties hepàtiques in vitro.

This thesis is focused on the generation and characterization of hepatic stellate cells derived from induced pluripotent stem cells (iPSCs), referred as iPSC-HSCs, for in vitro modeling of liver diseases and screening of anti-fibrogenic drugs. The iPSC-HSCs are similar to primary HSCs at phenotypic, functional and transcriptomic levels and can be expanded, cryopreserved and co-cultured with other liver cell types demonstrating their potential as a new source of HSCs for in vitro assays. Furthermore, we have determined that the HSC differentiation protocol based on the exposure of growth factors during 12 days, induced the differentiation of iPSCs to a variety of intermediate cells with proliferative and mesothelial characteristics that eventually give rise to subpopulations of HSCs cells. This protocol could be mimicking the embryonic development of HSCs described in animal models. At the end of the differentiation, different HSC populations are obtained, which could indicate the heterogeneity of HSCs previously observed in animal models and patient samples studies. Therefore, adjusting our differentiation protocol would allow us to generate HSCs in different genetic profiles present in liver physiology and physiopathology.

The fact of obtaining differentiated cells from iPSCs allows the establishment of personalized cell culture systems, since iPSCs can be obtained from specific patients and can also be genetically modified to generate cells with mutations or polymorphisms associated with liver diseases. For this reason, in this thesis we have generated a line of iPSCs with the overexpression of a genetic variant of the gene Hydroxysteroid 17-Beta Dehydrogenase 13 (HSD17B13) that has a protective effect on the progression of nonalcoholic fatty liver disease. The iPSCs were modified with the insertion of the HSD17B13 gene variant and subsequently differentiated into hepatocytes and HSCs. Hepatocytes with HSD17B13 overexpression show less hepatocyte damage than control hepatocytes when treated with lipotoxic media and therefore, cells with the genetic variant mimic the protective effect described in liver pathophysiology. Thus, iPSCs allow the generation of liver cells with or without polymorphisms to model liver diseases in vitro.