Scientists have developed the first patient-derived stem cell модель of albinism. The model will help studying eye conditions related to oculocutaneous albinism (OCA).
Sтемні клітини є неспеціалізованими. Вони не можуть виконувати будь-яку конкретну функцію в організмі, але вони можуть ділитися і оновлюватися протягом тривалого часу і мають потенціал для того, щоб стати спеціалізованими і розвинути в організмі багато різних типів, таких як м’язові клітини, клітини крові, клітини мозку тощо.
Stem cells are present in our bodies at all stages of life, from ембріон to adulthood. Embryonic stem cells (ESCs) or fetal Стовбурові клітини спостерігаються на ранній стадії, тоді як дорослі стовбурові клітини, які служать системою відновлення організму, спостерігаються в зрілому віці.
Stem cells can be grouped into four: embryonic stem cells (ESCs), adult stem cells, рак stem cells (CSCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs). Embryonic stem cells (ESCs) are derived from inner mass cells of the blastocyst-stage of mammalian embryo that are three to five days old. They can self-renew indefinitely and differentiate into cell types of all three germ layers. On the other hand, adult stem cells serve as a repair system to maintain cell homeostasis in tissues. They can replace dead or injured cells but have limited proliferation and differentiation potential in comparison with ESCs. Cancer stem cells (CSCs) arise from normal stem cells that undergo gene mutations. They initiate tumours forming a large colony or clones. Cancer stem cells play important roles in malignant tumours hence targeting them could provide a way to treat cancers.
Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (ІПСК) отримують із дорослих соматичних клітин. Їх плюрипотентність штучно індукується в лабораторії шляхом перепрограмування соматичних клітин за допомогою генів та інших факторів. ІПСК подібні до ембріональних стовбурових клітин у проліферації та диференціації. Перший iPSC був розроблений з мишачих фібробластів Яманакою в 2006 році. З тих пір кілька людських iPSC було розроблено із зразків для конкретних пацієнтів. Оскільки генетика пацієнта відображається в генетиці iPSC, ці перепрограмовані соматичні клітини використовуються для моделювання генетичних захворювань і зробили революцію у вивченні генетичних захворювань людини.
Модель – це тварина або клітини, які відображають всі або деякі патологічні процеси, що спостерігаються при фактичному захворюванні. Наявність експериментальної моделі важлива для розуміння розвитку захворювання на клітинному та молекулярному рівнях, що допомагає у розробці методів лікування. Модель допомагає зрозуміти, як розвивається хвороба, і перевірити потенційні підходи до лікування. Наприклад, можна визначити ефективні мішені ліків за допомогою моделі або скринінгу малих молекул, які могли б зменшити тяжкість та зупинити прогресування захворювання. Моделі тварин давно використовуються, але мають ряд недоліків. Крім того, моделі тварин непридатні для генетичних розладів через генетичні відмінності. Зараз стовбурові клітини людини (ембріональні та індуковані плюрипотентні) все частіше використовуються для моделювання захворювань людини.
Моделювання захворювань з використанням людських iPSC було успішно проведено протягом кількох років Умови таких як бічний склероз, захворювання крові, цукровий діабет, хвороба Гентінгтона, спінальна м'язова атрофія тощо. Існує велика кількість людські моделі iPSC of human neural diseases, congenital heart diseases and other genetic розладs.
Проте людська модель альбінізму iPSC не була доступна до 11 січня 2022 року, коли вчені з Національного інституту ока (NEI), який входить до складу Національного інституту здоров’я (NIH), повідомили про розробку моделі in vitro на основі iPSC людини для очно-шкірний альбінізм (OCA)
Oculocutaneous albinism (OCA) is a генетичний розлад affecting pigmentation in the eye, skin, and hair. The patients suffer eye problems like reduced best-corrected visual acuity, reduced ocular pigmentation, abnormalities in fovea development, and/or abnormal crossing of optic nerve fibres. It is thought that improving eye pigmentation could prevent or rescue some of the vision defects.
The researchers developed an in-vitro model for studying pigmentation defects in human retinal pigment epithelium (RPE) and showed that the сітківка pigment epithelium tissue derived in vitro from patients recapitulates the pigmentation defects seen in albinism. This is very interesting in view of the fact that animal models of albinism are unsuitable and there is limited human cell lines to study melanogenesis and pigmentation defects. The patient-derived OCA1A- and OCA2-iPSCs developed in this study can be a renewable and reproducible source of cells for the production of target cell and/or tissue types. In vitro derived OCA tissues and OCA-iRPE will allow deeper understanding of how melanin formation takes place and identify molecules involved in pigmentation defects, and further probe for molecular and/or physiologic differences.
Це дуже значний крок вперед до мети лікування захворювань, пов’язаних з очно-шкірним альбінізмом (ОКА).
***
Список використаної літератури:
- Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Плюрипотентні стовбурові клітини в моделюванні захворювань та відкритті ліків. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 170–182 (2016). https://doi.org/10.1038/nrm.2015.27
- Чемберлен С., 2016. Моделювання захворювання за допомогою ІПСК людини. Молекулярна генетика людини, том 25, випуск R2, 1 жовтня 2016 р., сторінки R173–R181, https://doi.org/10.1093/hmg/ddw209
- Bai X., 2020. Моделювання захворювань на основі стовбурових клітин і клітинна терапія. Клітини 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193
- Джордж А., та ін 2022. Моделювання кожно-шкірного альбінізму типу I та II in vitro з використанням індукованого людиною плюрипотентного пігментного епітелію сітківки стовбурових клітин (2022). Звіти про стовбурові клітини. Том 17, випуск 1, P173-186, 11 січня 2022 р. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.016
***
