Wolman disease (WD) is a rare inherited autosomal recessive disease caused by mutations in the lysosomal acid lipase (LAL) gene and characterized by the accumulation of cholesteryl esters and triglycerides in lysosomes, leading to severe liver and visceral dysfunction. There is currently no cure for this devastating disease, and treatments are limited to supportive care. In this project, we aim to develop an in vitro model of WD using liver organoids derived from human induced pluripotent stem cells (iPSCs). To this aim, we implemented a reproducible method to derive multi-cellular human liver 3D organoids composed of hepatocyte-, stellate-, biliary- and Kupffer-like cells that exhibit gene expression and functions similar to in vivo-derived tissues. Upon free fatty acid treatment, these organoids recapitulate key features of WD, including steatosis, inflammation, and fibrosis, in a multi-step manner. To design a patient-specific organotypic model of WD, we used CRISPR-Cas9 gene editing to introduce mutations in the LAL gene in iPSCs, and we are currently characterizing the hepatic organoids derived from these cells to assess their capability to model disease-associated phenotypes. This innovative platform has the potential to recapitulate pathophysiological features of WD, in vitro, including personalised response to therapy, and will offer a new approach for studying the molecular mechanisms underlying development and progression of this disease, thus facilitating the discovery of effective treatments.
Generazione di un modello sperimentale della malattia di Wolman basato su colture organotipiche epatiche umane.
La malattia di Wolman (WD) è una grave malattia rara causata da mutazioni nel gene della lipasi acida lisosomiale (LAL), il cui prodotto proteico è responsabile della degradazione di diversi lipidi cellulari. Pazienti affetti da WD hanno un'aspettativa di vita media inferiore a 4 mesi e i decessi associati a questa malattia sono determinati principalmente dal collasso metabolico delle cellule del fegato e dalla conseguente insufficienza epatica causata dall'accumulo di lipidi tossici intracellulari. Sfortunatamente, al momento non esistono cure per questa malattia e ciò è dovuto principalmente alla mancanza di modelli sperimentali in grado di rispecchiare fedelmente diversi aspetti patologici della progressione della WD. Questo progetto si propone quindi di generare un modello sperimentale di WD utilizzando i "mini-fegati" umani derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs). A questo scopo, nel nostro laboratorio abbiamo ottimizzato un innovativo sistema di coltura cellulare tridimensionale in grado di ricapitolare, in vitro, molti aspetti istologici e funzionali del fegato umano. Il trattamento forzato con acidi grassi liberi ha inoltre dimostrato che questi sistemi di coltura sono in grado di ricapitolare le aberrazioni metaboliche tipiche della WD. Così, abbiamo recentemente utilizzato le tecniche dell'editing genetico, basate sulla tecnologia CRISP/Cas9, per introdurre mutazioni paziente-specifiche nel gene LIPA nelle iPSCs. Stiamo quindi caratterizzando gli organoidi derivati da queste cellule per dimostrare che questo sistema di coltura è in grado di ricapitolare diversi aspetti fisiopatologici della WD. Questa tecnologia innovativa ha il potenziale di mimare fedelmente la WD in vitro, inclusa la risposta personalizzata alla terapia, e offrirà un nuovo approccio per studiare i meccanismi molecolari alla base dello sviluppo e della progressione di questa malattia, facilitando così la scoperta di trattamenti efficaci.