Модели болезней стволовых клеток: разработана первая модель альбинизма

Ученые разработали первую модель альбинизма, полученную из стволовых клеток пациента. Эта модель поможет в изучении заболеваний глаз, связанных с окулокутанным альбинизмом (ОКА).

Стволовые клетки неспециализированы. Они не могут выполнять какие-либо специфические функции в организме, но способны делиться и обновляться в течение длительного времени, а также обладают потенциалом для специализации и развития во множество различных типов клеток организма, таких как мышечные клетки, клетки крови, клетки головного мозга и т. д.

Стволовые клетки присутствуют в нашем организме на всех этапах жизни, от эмбрионального развития до взрослого возраста. Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) или фетальные стволовые клетки обнаруживаются на самых ранних стадиях, тогда как взрослые стволовые клетки, которые служат системой восстановления организма, появляются во взрослом возрасте.

Стволовые клетки можно разделить на четыре группы: эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), взрослые стволовые клетки, раковые стволовые клетки (РСК) и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) получают из клеток внутренней массы бластоцисты млекопитающих в возрасте от трех до пяти дней. Они способны к неограниченному самообновлению и дифференцировке в клетки всех трех зародышевых слоев. С другой стороны, взрослые стволовые клетки служат системой восстановления для поддержания клеточного гомеостаза в тканях. Они могут заменять мертвые или поврежденные клетки, но обладают ограниченным потенциалом пролиферации и дифференцировки по сравнению с ЭСК. Раковые стволовые клетки (РСК) возникают из нормальных стволовых клеток, которые подвергаются генным мутациям. Они инициируют опухоли, образуя большие колонии или клоны. Раковые стволовые клетки играют важную роль в злокачественных опухолях, поэтому воздействие на них может стать способом 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 человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) успешно проводилось для ряда состояний, таких как боковой склероз, заболевания крови, диабет, болезнь Хантингтона, спинальная мышечная атрофия и др. Существует большое количество моделей человеческих неврологических заболеваний, врожденных пороков сердца и других генетических расстройств на основе человеческих iPSC.

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) 

Окулокутанный альбинизм (ОКА) — это генетическое заболевание , поражающее пигментацию глаз, кожи и волос. Пациенты страдают от проблем со зрением, таких как снижение максимально корригированной остроты зрения, уменьшение пигментации глаз, аномалии развития центральной ямки сетчатки и/или аномальное перекрещивание волокон зрительного нерва. Считается, что улучшение пигментации глаз может предотвратить или исправить некоторые дефекты зрения.

Исследователи разработали модель in vitro для изучения дефектов пигментации в пигментном эпителии сетчатки человека (ПЭС) и показали, что ткань пигментного эпителия сетчатки , полученная in vitro от пациентов, воспроизводит дефекты пигментации, наблюдаемые при альбинизме. Это очень интересно, учитывая тот факт, что животные модели альбинизма непригодны, а количество линий клеток человека для изучения меланогенеза и дефектов пигментации ограничено. Полученные от пациентов индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) OCA1A и OCA2 могут стать возобновляемым и воспроизводимым источником клеток для получения целевых типов клеток и/или тканей. Полученные in vitro ткани OCA и ИПК OCA позволят глубже понять, как происходит образование меланина, и идентифицировать молекулы, участвующие в дефектах пигментации, а также дополнительно исследовать молекулярные и/или физиологические различия.

Это очень важный шаг вперед к цели лечения состояний, связанных с глазо-кожным альбинизмом (ГКА).  

Ссылки:  

1. 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 

2. 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  

3. Bai X., 2020. Моделирование заболеваний стволовыми клетками и клеточная терапия. Cells 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193  

4. 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