Ученые разработали первую модель альбинизма, основанную на стволовых клетках пациентов. Модель поможет изучить состояния глаз, связанные с глазо-кожным альбинизмом (ГКА).
Sвременные клетки являются неспециализированными. Они не могут выполнять какую-либо конкретную функцию в организме, но они могут делиться и обновляться в течение длительного времени, и у них есть потенциал для специализации и развития во многих различных типах в организме, таких как мышечные клетки, клетки крови, клетки мозга и т. д.
Стволовые клетки присутствуют в нашем организме на всех этапах жизни, от эмбриона до взрослого возраста. Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) или эмбриональные стволовые клетки наблюдаются на самой ранней стадии, в то время как взрослые стволовые клетки, которые служат в качестве системы восстановления организма, наблюдаются во взрослом возрасте.
Стволовые клетки можно разделить на четыре группы: эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), взрослые стволовые клетки, раковые стволовые клетки (ОСК) и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) получают из клеток внутренней массы эмбриона млекопитающих на стадии бластоцисты в возрасте от трех до пяти дней. Они могут бесконечно самообновляться и дифференцироваться в типы клеток всех трех зародышевых листков. С другой стороны, взрослые стволовые клетки служат в качестве системы восстановления для поддержания клеточного гомеостаза в тканях. Они могут заменить мертвые или поврежденные клетки, но имеют ограниченный потенциал пролиферации и дифференцировки по сравнению с ЭСК. Раковые стволовые клетки (РСК) возникают из нормальных стволовых клеток, которые претерпевают генные мутации. Они инициируют опухоли, образуя большие колонии или клоны. Раковые стволовые клетки играют важную роль в злокачественных опухолях, поэтому нацеливание на них может обеспечить способ лечения рака.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) получают из взрослых соматических клеток. Их плюрипотентность искусственно индуцируется в лаборатории путем перепрограммирования соматических клеток с помощью генов и других факторов. ИПСК подобны эмбриональным стволовым клеткам в пролиферации и дифференцировке. Первый иПСК был разработан из мышиных фибробластов Яманакой в 2006 году. С тех пор несколько человеческих иПСК были разработаны из образцов, специфичных для пациентов. Поскольку генетика пациента отражается в генетике ИПСК, эти перепрограммированные соматические клетки используются для моделирования генетических заболеваний и произвели революцию в изучении генетических нарушений человека.
Модель – это животное или клетки, которые отображают все или некоторые патологические процессы, наблюдаемые при реальном заболевании. Наличие экспериментальной модели важно для понимания развития заболевания на клеточном и молекулярном уровнях, что помогает в разработке методов лечения. Модель помогает понять, как развивается заболевание, и протестировать возможные подходы к лечению. Например, с помощью модели можно определить эффективные мишени для лекарств или провести скрининг небольших молекул, которые могут уменьшить тяжесть и остановить прогрессирование заболевания. Модели на животных давно используются, но имеют ряд недостатков. Кроме того, животные модели не подходят для генетических нарушений из-за генетических различий. В настоящее время стволовые клетки человека (эмбриональные и индуцированные плюрипотентные) все чаще используются для моделирования заболеваний человека.
Моделирование заболеваний с использованием ИПСК человека успешно проводилось в течение нескольких лет. Условия таких как латеральный склероз, заболевания крови, диабет, болезнь Хантингтона, спинальная мышечная атрофия и т.д. модели иПСК человека заболеваний нервной системы человека, врожденных пороков сердца и других генетических нарушений.
Однако модель альбинизма с использованием иПСК человека не была доступна до 11 января 2022 года, когда ученые из Национального института глаза (NEI), входящего в состав Национального института здравоохранения (NIH), сообщили о разработке модели in vitro на основе иПСК человека для глазокожный альбинизм (ГКА)
Глазокожный альбинизм (ГКА) — это генетическое заболевание, поражающее пигментацию глаз, кожи и волос. Пациенты страдают от проблем со зрением, таких как снижение остроты зрения с наибольшей коррекцией, снижение пигментации глаз, аномалии развития центральной ямки и/или аномальное пересечение волокон зрительного нерва. Считается, что улучшение пигментации глаз может предотвратить или избавить от некоторых дефектов зрения.
Исследователи разработали модель in vitro для изучения дефектов пигментации пигментного эпителия сетчатки человека (RPE) и показали, что ткань пигментного эпителия сетчатки, полученная in vitro у пациентов, повторяет дефекты пигментации, наблюдаемые при альбинизме. Это очень интересно ввиду того факта, что животные модели альбинизма непригодны, и существует ограниченное количество клеточных линий человека для изучения дефектов меланогенеза и пигментации. Полученные от пациентов OCA1A- и OCA2-iPSC, разработанные в этом исследовании, могут быть возобновляемым и воспроизводимым источником клеток для производства клеток-мишеней и/или типов тканей. Полученные in vitro ткани ОСА и ОСА-iRPE позволят глубже понять, как происходит образование меланина, идентифицировать молекулы, участвующие в дефектах пигментации, и дополнительно изучить молекулярные и/или физиологические различия.
Это очень важный шаг вперед к цели лечения состояний, связанных с глазо-кожным альбинизмом (ГКА).
Ссылки:
- Авиор Ю., Саги И. и Бенвенисти Н. Плюрипотентные стволовые клетки в моделировании заболеваний и разработке лекарств. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 170–182 (2016). https://doi.org/10.1038/nrm.2015.27
- Чемберлен С., 2016. Моделирование заболеваний с использованием ИПСК человека. Молекулярная генетика человека, том 25, выпуск R2, 1 октября 2016 г., страницы R173–R181, https://doi.org/10.1093/hmg/ddw209
- Bai X., 2020. Моделирование заболеваний стволовыми клетками и клеточная терапия. Cells 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193
- Джордж А., и др. 2022. Моделирование заболевания in vitro кожно-глазного альбинизма типа I и II с использованием индуцированного человеком плюрипотентного пигментного эпителия сетчатки, полученного из стволовых клеток (2022). Отчеты о стволовых клетках. Том 17, выпуск 1, стр. 173-186, 11 января 2022 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.016
