DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33940-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41491209
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Sathish Selvam وآخرون
الموضوع الرئيسي: البحث وعلاج فيروس نقص المناعة البشرية
نظرة عامة
تقدم الأبحاث تقدمًا كبيرًا في تطوير الأعضاء الدماغية الوعائية (EndohBOs) المشتقة من خلايا جذعية بشرية متعددة القدرات (hiPSCs)، حيث تعالج القيد الحرج لتوزيع المغذيات والأكسجين في الأعضاء التقليدية. من خلال استخدام hiPSCs التي تعبر عن عامل النسخ البطاني ETS variant 2 (ETV2) بشكل مفرط، نجحت الدراسة في إنشاء أعضاء تحاكي وحدة الأعصاب والأوعية الدموية البشرية، كما يتضح من التعبير القوي عن علامات مثل CD31 وCollagen IV وGFAP. لا يعزز هذا النموذج المبتكر الصلة الفسيولوجية للأعضاء الدماغية فحسب، بل يعمل أيضًا كمنصة قيمة للتحقيق في تأثير فيروس نقص المناعة البشرية-1 على سلامة الأوعية الدموية داخل الجهاز العصبي المركزي (CNS).
تستكشف الدراسة أيضًا التفاعل بين EndohBOs وخلايا البلعميات البدائية (PMPs) المصابة بفيروس نقص المناعة البشرية-1، كاشفة أن هذه الأعضاء تدعم عددًا أكبر من PMPs التي انتقلت عبر الأنسجة. على الرغم من تطبيق العلاج المضاد للفيروسات القهقرية (ART)، تشير النتائج إلى أن تكاثر الفيروس يستمر، كما يتضح من قياس مستويات RNA الفيروسي وp24، التي لم تنخفض بشكل كبير بواسطة ART. بشكل عام، يوفر نموذج الأعضاء الدماغية الوعائية طريقًا واعدًا لدراسة العوامل الممرضة العصبية واختبار التدخلات العلاجية التي تهدف إلى استعادة سلامة الأوعية الدموية والتخفيف من آثار اضطراب الحواجز الناتج عن فيروس نقص المناعة البشرية في الجهاز العصبي المركزي.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة تأثير فيروس نقص المناعة البشرية-1 على الجهاز المناعي، وخاصة قدرته على اختراق الحاجز الدموي الدماغي (BBB) ودخول نسيج الدماغ. لا يسهل هذا الاختراق تكاثر الفيروس داخل الجهاز العصبي المركزي (CNS) فحسب، بل يؤدي أيضًا إلى استجابات التهابية عصبية تسهم في العجز المعرفي المرتبط بفيروس نقص المناعة البشرية (NCI). بينما حسّن العلاج المضاد للفيروسات القهقرية (ART) بشكل كبير النتائج السريرية وخفض الوفيات بين الأشخاص المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية (PWH)، إلا أنه لم يقضِ بشكل فعال على خزانات الفيروس الكامنة في CNS، والتي تشكل خطرًا على عودة الفيروس إذا تم قطع العلاج.
يعمل BBB كحاجز ديناميكي، قابل للاختراق بشكل انتقائي، يحمي الدماغ من المواد الضارة بينما يسمح بمرور المغذيات الأساسية والأكسجين. يتكون من خلايا بطانية، وخلايا نجمية، وخلايا محيطية، ومصفوفة خارج الخلية (ECM)، تعتبر سلامة BBB ضرورية للحفاظ على صحة CNS. ومع ذلك، فإن طبيعته الحامية تخلق أيضًا ملاذًا لفيروس نقص المناعة البشرية، مما يمكّن من تكاثر الفيروس بمستويات منخفضة مستمرة على الرغم من فعالية ART في قمع الفيروس في الأنسجة المحيطية.
النتائج
في هذه الدراسة، تم إنشاء أعضاء دماغية بشرية (hBOs) بنجاح من خلايا جذعية بشرية متعددة القدرات (hiPSCs)، مع دمج خلايا بطانية لإنشاء EndohBOs. تم تحديد النسبة المثلى للخلايا لتوليد EndohBOs لتكون 2:1 (hiPSCs:ETV2-iPSC)، مما يوازن بين الحفاظ على هيمنة السلالة العصبية مع دعم بطاني كافٍ لتطوير الشبكة الوعائية. تم تقييم منهجيتين متميزتين لتوليد EndohBO: الأولى تضمنت تفكيك كلا خطي iPSC إلى تعليقات خلوية مفردة، والتي تم دمجها لتشكيل أعضاء ذاتية التجميع تطورت إلى أجسام جنينية (EBs). أظهرت هذه الطريقة نضوجًا فعالًا، حيث تشكلت الهياكل العصبية الظهارية بحلول اليوم العاشر واستمرت في النضوج بعد اليوم الخمسين.
على النقيض من ذلك، تضمنت الطريقة الثانية توليد EBs بشكل منفصل من كل خط iPSC، تلاها الاندماج والتضمين في Matrigel. ومع ذلك، لم تسفر هذه الطريقة عن التجميع المفرد المتوقع؛ بل ظلت الهياكل الناتجة متميزة، حيث اندمجت فقط عند نقطة تقاطع واحدة. تسلط هذه النتائج الضوء على أهمية المنهجية المختارة ونسبة الخلايا في النجاح في توليد هياكل الأعضاء الدماغية المعقدة.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على الدور الحاسم للحاجز الدموي الدماغي (BBB) في الحفاظ على التوازن العصبي ووظيفته المعيبة في مختلف الاضطرابات العصبية، خاصة في سياق عدوى فيروس نقص المناعة البشرية-1. تؤكد الدراسة على آلية “الحصان الطروادي” التي تعبر من خلالها خلايا المناعة المصابة بفيروس نقص المناعة البشرية الحاجز الدموي الدماغي، مما يؤدي إلى التهاب عصبي وضعف إدراكي لدى الأشخاص المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية (PWH). يدعو المؤلفون إلى تطوير نماذج في vitro ذات صلة فسيولوجية، وخاصة الأعضاء الدماغية ثلاثية الأبعاد (3D)، لفهم أفضل لفيزيولوجيا BBB واستكشاف التدخلات العلاجية. أدت التقدمات الأخيرة إلى إنشاء أعضاء دماغية متعددة الخلايا تعيد إنتاج الميزات الرئيسية لتطور الدماغ البشري وتدعم تكاثر فيروس نقص المناعة البشرية، على الرغم من أن إمكاناتها الانتقالية محدودة بسبب غياب شبكة وعائية.
إن إدخال خلايا بطانية في الأعضاء الدماغية، مما يؤدي إلى EndohBOs، يعزز بشكل كبير قدرتها على نمذجة الأمراض العصبية المرتبطة بفيروس نقص المناعة البشرية. تظهر الدراسة أن هذه الأعضاء تتمتع بهياكل وعائية قوية وتساعد على زيادة انتقال الخلايا الوحيدة المصابة بفيروس نقص المناعة البشرية مقارنة بالأعضاء التقليدية. ومن الجدير بالذكر أن علاج ART يظهر فعالية متفاوتة، حيث يقلل بشكل فعال من الحمل الفيروسي في الأعضاء التقليدية ولكنه يفشل في ذلك في EndohBOs، على الأرجح بسبب مستويات أعلى من العدوى واختراق الدواء المت compromised. تسلط النتائج الضوء على أهمية سلامة الأوعية الدموية في تعديل ديناميات عدوى فيروس نقص المناعة البشرية وتبرز إمكانات EndohBOs كنموذج أكثر دقة لدراسة علم الأمراض الدماغية المرتبطة بفيروس نقص المناعة البشرية واختبار الاستراتيجيات العلاجية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33940-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41491209
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Sathish Selvam et al.
Primary Topic: HIV Research and Treatment
Overview
The research presents significant advancements in the development of vascularized brain organoids (EndohBOs) derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs), addressing the critical limitation of nutrient and oxygen diffusion in conventional organoids. By utilizing hiPSCs that overexpress the endothelial transcription factor ETS variant 2 (ETV2), the study successfully created organoids that closely mimic the human neurovascular unit, as evidenced by the robust expression of markers such as CD31, Collagen IV, and GFAP. This innovative model not only enhances the physiological relevance of brain organoids but also serves as a valuable platform for investigating the impact of HIV-1 on endothelial integrity within the central nervous system (CNS).
The study further explores the interaction between EndohBOs and HIV-1-infected primitive macrophage progenitor cells (PMPs), revealing that these organoids support a higher number of transmigrated PMPs. Despite the application of antiretroviral therapy (ART), the findings indicate that viral replication persists, as demonstrated by the quantification of viral RNA and p24 levels, which were not significantly reduced by ART. Overall, the vascularized brain organoid model offers a promising avenue for studying neurotropic pathogens and testing therapeutic interventions aimed at restoring neurovascular integrity and mitigating the effects of HIV-induced barrier disruption in the CNS.
Introduction
The introduction of the paper discusses the impact of HIV-1 on the immune system, particularly its ability to breach the blood-brain barrier (BBB) and enter the brain parenchyma. This breach not only facilitates viral replication within the central nervous system (CNS) but also triggers neuroinflammatory responses that contribute to HIV-associated neurocognitive impairments (NCI). While antiretroviral therapy (ART) has significantly improved clinical outcomes and reduced mortality among people with HIV (PWH), it has not effectively eradicated latent viral reservoirs in the CNS, which pose a risk for viral rebound if treatment is interrupted.
The BBB serves as a dynamic, selectively permeable barrier that protects the brain from harmful substances while allowing essential nutrients and oxygen to pass through. Composed of endothelial cells, astrocytes, pericytes, and extracellular matrix (ECM), the BBB’s integrity is crucial for maintaining CNS health. However, its protective nature also creates a sanctuary for HIV, enabling persistent low-level replication despite ART’s efficacy in suppressing the virus in peripheral tissues.
Results
In this study, human brain organoids (hBOs) were successfully generated from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs), specifically incorporating endothelial cells to create EndohBOs. The optimal cell ratio for the generation of EndohBOs was determined to be 2:1 (hiPSCs:ETV2-iPSC), balancing the maintenance of neural lineage dominance with adequate endothelial support for vascular network development. Two distinct methodologies for EndohBO generation were evaluated: the first involved the dissociation of both iPSC lines into single-cell suspensions, which were then combined to form self-aggregating organoids that developed into embryoid bodies (EBs). This method demonstrated effective maturation, with neuroepithelial structures forming by day 10 and continuing to mature beyond day 50.
In contrast, the second approach involved generating EBs separately from each iPSC line, followed by fusion and embedding in Matrigel. However, this method did not yield the anticipated single assembloid; instead, the resulting structures remained distinct, fusing only at a single junction point. These findings highlight the significance of the chosen methodology and cell ratio in the successful generation of complex brain organoid structures.
Discussion
The discussion highlights the critical role of the blood-brain barrier (BBB) in maintaining neuronal homeostasis and its dysfunction in various neurological disorders, particularly in the context of HIV-1 infection. The study emphasizes the “Trojan horse” mechanism by which HIV-infected immune cells traverse the BBB, leading to neuroinflammation and cognitive impairment in people with HIV (PWH). The authors advocate for the development of physiologically relevant in vitro models, specifically three-dimensional (3D) brain organoids, to better understand BBB pathophysiology and explore therapeutic interventions. Recent advancements have led to the creation of multicellular brain organoids that replicate key features of human brain development and support HIV replication, although their translational potential is limited by the absence of a vascular network.
The introduction of endothelial cells into brain organoids, resulting in EndohBOs, significantly enhances their ability to model HIV-associated neuropathogenesis. The study demonstrates that these organoids exhibit robust vascular structures and facilitate increased transmigration of HIV-infected monocytes compared to standard organoids. Notably, ART treatment shows differential efficacy, effectively reducing viral load in conventional organoids but failing to do so in EndohBOs, likely due to higher levels of infection and compromised drug penetration. The findings underscore the importance of endothelial integrity in modulating HIV infection dynamics and highlight the potential of EndohBOs as a more accurate model for studying HIV-related brain pathology and testing therapeutic strategies.