Urine extracellular vesicles: a promising tool in regenerative medicine

Abstract

As doenças cardiovasculares (DCV) permanecem a principal causa de morte a nível global. Apesar de uma significativa melhoria em prevenção e no desenvolvimento de novas terapias, o número total de mortes devido as DCVs aumentaram em 12,5% na última década. Este aumento é devido a fatores de risco individuais, como o sedentarismo, abuso de álcool e/ou outras substâncias. No geral a combinação destes fatores pode levar à ocorrência de um enfarte agudo do miocárdio (EAM).Um EAM é caracterizado por redução ou bloqueio de perfusão no miocárdio, culminando, eventualmente em morte celular irreversível devido as condições isquémicas. De maneira a minimizar o dano no coração, é essencial restabelecer o fluxo sanguíneo, no entanto, esta reperfusão leva a danos adicionais a um coração já danificado, este fenómeno é chamado de lesão de isquemia/reperfusão (I/R). Sendo assim, terapias inovadoras capazes de melhorar e/ou resolver estas complicações são necessárias.Vesiculas extracelulares (VEs) são importantes mediadores de comunicação celular. A sua composição, tanto na sua superfície como o seu conteúdo, retrata o estado da célula que os libertou, e VEs de diferentes origens celulares e até de diferentes fluidos biológicos são usados como biomarcadores e agentes terapêuticos. Presentemente, acredita-se que os principais componentes responsáveis por esta bioatividade nos EVs, são RNAs não codificantes, em particular microRNAs (miRNA).Numa primeira fase desta tese, testamos a bioatividade de VEs isolados de urina de pacientes que sofreram um EAM, em células endoteliais, e numa segunda parte, exploramos o papel de um novo miRNA, previamente identificado no nosso grupo como capaz de aumentar a sobrevivência em células endoteliais em condições de isquemia. Para entregar este miRNA de interesse (a partir de agora, denominado miR-B) nas células de interesse, exploramos duas estratégias: complexação do miRNA com uma lipídica formulação comercial (lipofectamina RNAiMAX) e complexação do miRNA com VEs isolados de urine de dadores saudáveis. Em última análise, testamos estas abordagens na sobrevivência de células endoteliais expostas a condições isquémicas e mostramos que os VEs-modulados com miRNA eram mais eficazes em aumentar a sobrevivência endotelial do que a lipofectamina. Com estes resultados, concluímos que o miR-B aumenta a sobrevivência de células endoteliais expostas a condições de isquemia e que os VEs de dadores saudáveis serviram como o veículo ideal para a entrega do miRNA às células.

Cardiovascular diseases (CVD) remain the leading cause of death globally. Despite significant improvements in prevention and in the development of novel therapeutic strategies, the total number of deaths due to CVD has increased 12.5% in the past decade. This increase is likely due to individual risk factors, like physical inactivity, alcohol and/or other substances abuse as well as environmental factors such as pollution. Overall, the combination of these factors can ultimately lead to an acute myocardial infarction (AMI).An AMI is characterized by a reduction or blockage of myocardial perfusion, eventually culminating in irreversible cell death due to the ischemic conditions that ensue. To minimize the damage to the heart, it is essential to restore the blood flow as quickly as possible. However, this reperfusion will lead to additional harm to the already injured heart, a phenomenon known as ischemia/reperfusion injury. Thus, novel therapies capable of ameliorating and/or resolve these complications are much needed. Extracellular vesicles (EVs) are important mediators of intercellular communication. Their composition, both the surface as well as the cargo, portray the state and composition of the releasing cell, and EVs from many different cellular origins and from different biological fluids have been used as biomarkers and/or therapeutic agents. Currently, it is believed that the major components driving the bioactivity of EVs are non-coding RNAs, in particular microRNAs (miRNA). In the first part of this thesis we tested the bioactivity of EVs isolated from urine of AMI patients in endothelial cells (ECs) and in the second part we explored the role of a novel miRNA, previously identified in our group as capable of enhancing the survival of EC in ischemic conditions. To deliver this miRNA of interest (from here on denoted miR-B) into the cells we explored two strategies: complexation of the miRNA with a commercial lipidic formulation (lipofectamine RNAiMax) and complexation of miRNA with EVs isolated from the urine of healthy donors. Ultimately, we tested these approaches on the survival of ECs exposed to ischemic conditions and showed that miRNA-modulated EVs were more effective on enhancing EC survival than lipofectamine. Based on the above-mentioned results, we concluded that miR-B enhances the survival of ECs exposed to ischemia and that urine EVs from healthy donors can be used as an effective vehicle to deliver miRNA into the cells.