From umbilical cord blood hematopoietic stem/progenitor cells to T cells: a scalable and bioengineering approach of the thymic microenvironment

23/01/2024

O sangue do cordão umbilical (UCB) constitui uma fonte de células estaminais/progenitoras hematopoiéticas (HSPC) com relevância no contexto da transplantação alogénica de células progenitoras hematopoiéticas. Contudo, a sua utilização é dificultada pelo baixo número celular numa unidade de UCB e pela imaturidade celular. Estas limitações levam a reconstituições imunológicas tardias, aumentando o risco de infeções oportunistas (OI) e, consequentemente, morte dos pacientes. Adicionalmente, infusões de leucócitos derivadas do dador, que são comumente utilizadas após o transplante para aumentar a imunidade e tratar OI, não se encontram disponíveis. Idealizamos, assim, a utilização de uma estrutura biológica acelular, tridimensional, que, combinada com sinalização Notch, servirá como plataforma para a diferenciação de linfócitos T a partir de células do UCB. Neste trabalho foi explorado o suporte hematopoiético de células estromais mesenquimais (MSC) da medula óssea (BM) a HSPC do UCB, num sistema de co-cultura, com especial enfoque no potencial linfoide das células expandidas ex-vivo. Verificado um aumento deste potencial no sistema de co-cultura face à expansão sem MSC, foi ainda explorada a utilização de outras fontes de MSC, nomeadamente, tecido adiposo e matriz do cordão umbilical, tendo a primeira mostrado ser uma alternativa promissora à BM. Implementou-se um sistema tridimensional recentemente desenvolvido para diferenciação de linfócitos T a partir de HSPC, os organoides tímicos artificiais (ATOs). Os ATOs foram estabelecidos com HSPC previamente expandidas com MSC, sob a hipótese de que estas células potenciariam uma aceleração no processo de diferenciação em linfócitos T, a qual se verificou. Paralelamente, estabeleceu-se e otimizou-se um protocolo de descelularização celular para fragmentos tímicos humanos. Após caracterização imunohistoquímica, verificouse a remoção celular sem compromisso da estrutura e componentes da matriz extracelular. Considerando os resultados promissores de diferenciação de linfócitos T (usando HSPC expandidas) e de descelularização de fragmentos tímicos, antevê-se grande potencial na sua utilização combinada como plataforma, ampliando o uso clínico de células do UCB. Umbilical cord blood (UCB) is a clinically-relevant source of hematopoietic stem/progenitor cells (HSPC) for allogeneic hematopoietic cell transplantation. However, its use is limited by the low cell number in a single unit, as well as cell immaturity. These limitations frequently result in engraftment and reconstitution delays, increased risk of opportunistic infections (OI) and, subsequently, death. Donor lymphocyte infusions after transplantation, commonly employed to enhance donor- derived immunity to treat OI, are not available. We envision using a three-dimensional (3D) acellular thymic bioscaffold, combined with Notch signaling, as a platform for T cell differentiation from UCB cells. Here, different sources of mesenchymal stromal cells (MSC) were evaluated for the expansion/maintenance of UCB CD34+-enriched cells ex-vivo, in a co-culture setting. Bone marrow (BM)-, umbilical cord matrix- and adipose tissue (AT)-derived MSC, expanded with/without xenogeneic components, were compared. AT showed to be a promising alternative to BM in HSPC co-culture expansion, while UCB cells expanded over MSC showed enhanced lymphoid potential. A 3D system recently developed to differentiate T cells from HSPC, the artificial thymic organoids (ATOs) system, was also implemented. Previously expanded UCB-derived HSPC, in co-culture with MSC, were used in this ATOs system, expecting an improvement and acceleration of T cell differentiation. Remarkably, ATOs established with HSPC expanded with MSC allowed a 5-fold increase in the percentage of CD3+TCRab+ T cell population and in the absolute number of CD3+TCRab+CD8+ T cells. In parallel, a decellularization protocol of human thymic fragments was established and optimized. Decellularized fragments were characterized through immunohistochemistry, allowing confirmation of efficient cell removal without compromising structure and components of the native thymic extracellular matrix. Considering the promising results in differentiating T cells using expanded UCB-derived HSPC and success in thymic decellularization, we foresee a great potential in their combination as a platform to ultimately boost and widen the clinical use of UCB cells.

Autores da comunidade :

• 

  S

  Sara Ventura Bucar

  ist424189

Orientadores desta instituição:

• 

  C

  Cláudia Lobato da Silva

  ist31519

101763816

Doutoramento em Bioengenharia

industrial-biotechnology - Biotecnologia Industrial

Palavras-chave

• Células estaminais/progenitoras hematopoiéticas (HSPC) do sangue do cordão umbilical (UCB)
• Células estromais mesenquimais (MSC)
• Expansão ex-vivo
• Diferenciação de linfócitos T
• Timo descelularizado
• Umbilical cord blood (UCB)-derived hematopoietic stem/progenitor cells (HSPC)
• Mesenchymal stromal cells (MSC)
• Ex-vivo expansion
• T cell differentiation
• Decellularized thymus

eng - Inglês

Instituto Superior Técnico

Entidade financiadora da bolsa/projeto

Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Identificador da Entidade Financiadora: http://dx.doi.org/10.13039/501100001871

Tipo de identificador da Entidade Financiadora: Crossref Funder