Therapeutic Potential of Exosome-Mediated miR-124/miR-125b Delivery Targeting Diseased Microglia in Early/Mid-Stage Spinal ALS Using mSOD1 Mouse Model
Background: La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una malattia neurodegenerativa fatale caratterizzata dalla perdita progressiva dei motoneuroni, portando a insufficienza respiratoria e morte entro uno-cinque anni dall’esordio dei sintomi, a causa dell’assenza di trattamenti efficaci nell’arrestarne la progressione. La SLA familiare rappresenta il 5-10% dei casi e coinvolge mutazioni nella Superossido Dismutasi 1 (SOD1), il primo gene identificato e il più studiato nei modelli di SLA. Disfunzione microgliale e neuroinfiammazione cronica sono fattori chiave della progressione della malattia.
Obiettivi/Metodi: Esamineremo le alterazioni infiammatorie della microglia nei diversi stadi della SLA, utilizzando colture in vitro di midollo spinale di cuccioli di topo mSOD1 a vari timepoints (DIV). Identificheremo miRNA infiammatori disregolati e geni bersaglio per mimici/inibitori di miRNA. Successivamente, useremo esosomi derivati da ReNcell VM (EXOS) transfettati con miRNA regolatori in base alla patologia microgliale di ciascuno stato. Se efficace, questa strategia permetterà una terapia personalizzata mirata agli stadi della SLA, ripristinando le funzioni immunitarie e fagocitarie della microglia e rallentando o arrestando la malattia.
Risultati: Abbiamo osservato una precoce upregolazione di miR-124 nella microglia spinale 2 DIV mSOD1, insieme a iNOS/MFG-E8, indicatori di stress immunitario. Al contrario, miR-125b era downregolato nello stato intermedio, mentre ARG1/TNF-α/TREM2 sovraespressi segnalavano una microglia cronicamente iperattivata. Lo stato avanzato mostrava miR-155 aumentato, miR-146a ridotto e ARG1/TNF-α/MFG-E8 elevati. Sulla base dei dati più promettenti, abbiamo testato EXOS anti-miR-124 sulla microglia precoce e EXOS pre-miR-125b su quella intermedia. Entrambi hanno regolato la morfologia microgliale e IL-1β/TNF-α. Il primo ha influenzato anche IL-10/NLRP3/TREM2, mentre il secondo non ha mostrato benefici aggiuntivi.
Conclusioni: I nostri dati evidenziano il ruolo chiave di miR-124 e miR-125b nella disregolazione microgliale negli stadi precoci/medi della SLA. Gli EXOS anti-miR-124/pre-miR-125b hanno parzialmente ripristinato l’omeostasi immunitaria microgliale in questi stadi della malattia. Sebbene siano necessari ulteriori studi, i risultati supportano l’uso di esosomi con anti-miR-124 come potenziale strategia terapeutica per un’azione precoce e personalizzata sulla microglia nella SLA.
Background: Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease marked by the progressive loss of motor neurons, leading to respiratory failure and death within one to five years from the symptoms’ onset due to the lack of effective treatments in halting disease progression. Familial ALS represents 5-10% of all cases with mutations in Superoxide Dismutase 1 (SOD1), the first identified and the most used in research ALS models. Microglial dysfunction and chronic neuroinflammation have been found as key contributors to the progression of this neurodegenerative disease.
Aims/Methods: We will explore inflammatory-associated microglia alterations mimicking early, middle, and late ALS states using different days in vitro (DIV) cultures after isolating them from mSOD1 mouse pups spinal cords, a common ALS model. We will identify state-dependent dysregulated inflammatory microRNAs (miRNAs) and genes to target with miRNA mimics/inhibitors. Then, we will use ReNcell VM-derived exosomes (EXOS) transfected with regulatory miRNAs based on microglia pathology. If successful, we will achieve a personalized ALS-state-driven therapy to restore immune and phagocytic microglia properties, ultimately halting or delaying ALS.
Results: We observed early miR-124 upregulation in 2 DIV mSOD1 spinal microglia, concurrently with iNOS/MFG-E8, indicative of a stressed immune system. In contrast, miR-125b was downregulated in middle-state microglia, with overexpressed ARG1/TNF-α/TREM2 suggesting chronic overactivation. Late-state showed miR-155 upregulation and miR-146a downregulation, with ARG1/TNF-α/MFG-E8 elevation. Based on the most promising data, we investigated anti-miR-124 EXOS in early ALS-state microglia and pre-miR-125b EXOS in middle-state microglia. Both regulated microglia morphology and IL-1β/TNF-α. The first also adjusted IL-10/NLRP3/TREM2, while the latter showed no additional benefits.
Conclusions: Our data highlight the pivotal role of miR-124 and miR-125b in the ALS- early/middle-state dysregulation of microglia. Anti-miR-124/pre-miR-125b EXOS partially restored microglia-dependent immune homeostasis in the early/middle-states of ALS disease progression. Although requiring further studies, results also support exosome-mediated delivery of anti-miR-124 as a potential therapeutic strategy for personalized and early-state microglial activation in ALS pathology.