STUDIO DEI MECCANISMI CELLULARI E MOLECOLARI IMPLICATI NELLA DEPRESSIONE RESISTENTE AI TRATTAMENTI USANDO CELLULE STAMINALI PLURIPOTENTI INDOTTE UMANE

Despite the tremendous impact of MDD on social, medical and economic fields, neurobiological mechanisms involved in this pathology are not fully characterized. Similarly, molecular mechanisms underlining resistance to traditional antidepressants, that affects about one third of MDD patients (Al-Harbi et al., 2012), have not been completely elucidated. The lack of adequate models for this pathology contributes to its limited comprehension. Recently, hiPSCs technology has been successfully applied to the study of neuropsychiatric diseases and, more specifically, to MDD and TRD (Vadodaria et al., 2019a; Vadodaria et al., 2019b; Heard et al., 2021). On this line, the aim of my study was to use hiPSCs-derived neurons from two female TRD patients and a healthy female subject, previously generated and characterized in the laboratory (Bono et al., 2020; Bono et al., 2021a), to investigate cellular and molecular alterations of the different neuronal subpopulations involved in the pathogenesis of MDD. A differentiation protocol that allowed us to obtain, in 50 days, mixed neuronal cultures, mainly containing dopaminergic, GABAergic, glutamatergic and serotoninergic neurons was used. As described, after hiPSCs differentiation, the number and the morphology of each neuronal subpopulation was further analyzed by using immunofluorescence experiments and confocal analysis. The neuronal morphology was also analyzed under different conditions, including pharmacological treatments with traditional antidepressant drugs, in particular the SSRI fluoxetine, and the novel fast-acting antidepressant ketamine focusing on GABAergic and glutamatergic populations. The structural plasticity of hiPSCs-derived neurons under experimental conditions mimicking stress was also analyzed. Moreover, considering the key role of BDNF and its receptor TrkB in both the pathogenesis of MDD and the antidepressant activity of drugs (Bjӧrkholm and Monteggia, 2016), the expression and the functionality of TrkB were also evaluated in TRD-derived cultures.

Nonostante l'enorme impatto della depressione in campo sociale, medico ed economico, i meccanismi neurobiologici coinvolti in questa patologia non sono completamente caratterizzati. Allo stesso modo, i meccanismi molecolari alla base della resistenza agli antidepressivi tradizionali, che sono efficaci in circa un terzo dei pazienti, non sono stati completamente chiariti. La mancanza di modelli adeguati per questa patologia contribuisce alla sua comprensione limitata. Recentemente, la tecnologia delle hiPSCs è stata applicata con successo allo studio delle malattie neuropsichiatriche e, nello specifico, alla MDD e alla TRD. In questo senso, lo scopo del mio studio è stato utilizzare neuroni derivati da hiPSCs di due pazienti femmine con TRD e di una corrispondente femmina sana, precedentemente generate e caratterizzate in laboratorio, per indagare le alterazioni cellulari e molecolari delle diverse sotto-popolazioni neuronali coinvolte nella aptogenesi della MDD. Un protocollo di differenziamento che permette di ottenere in 50 giorni una popolazione neuronale mista, contenente soprattutto neuroni dopaminergici, GABAergici, glutammatergici e serotoninergici è stato utilizzato. Dopo il differenziamento, il numero e la morfologia di ogni sotto-popolazione è stato ulteriormente analizzato utilizzando esperimenti di immunofluorescenza e analisi confocale. La morfologia neuronale è anche stata analizzata in diverse condizioni, incluso il trattamento con farmaci antidepressivi, in particolare, la fluoxetina, un SSRI, e il nuovo antidepressivo ad azione rapida ketamina, focalizzaziondo l'attezione sulle popolazioni GABAergic a e glutammatergica. La plasticità strutturale dei neuroni derivati da hiPSCs è stata anche analizzata in condizioni sperimentali che mimavano l'esposizione allo stress. Inoltre, considerato il ruolo chiave del BDNF e del suo recettore TrkB nella patogenesi della MDD e nell'attività degli antidepressivi, l'espressione e la funzionalità di TrkB sono anche state valutate nelle colture neuroni derivate dalle hiPSCs delle pazienti TRD.