Модели на заболявания на стволови клетки: Разработен е първият модел на албинизъм

Учените разработиха първата стволова клетка, получена от пациент модел на албинизъм. Моделът ще помогне за изучаване на очни състояния, свързани с окулокутанен албинизъм (OCA).  

Sтем клетки са неспециализирани. Те не могат да изпълняват никаква специфична функция в тялото, но могат да се разделят и обновяват за дълго време и имат потенциал да станат специализирани и да се развият в много различни типове в тялото, като мускулни клетки, кръвни клетки, мозъчни клетки и т.н.  

Стволовите клетки присъстват в телата ни на всички етапи от живота, от зародиш до зряла възраст. Ембрионални стволови клетки (ESC) или фетални стволови клетки се наблюдават в най-ранния стадий, докато възрастните стволови клетки, които служат като възстановителна система за тялото, се виждат в зряла възраст.  

Стволовите клетки могат да бъдат групирани в четири: ембрионални стволови клетки (ESC), възрастни стволови клетки, рак стволови клетки (CSCs) и индуцирани плурипотентни стволови клетки (iPSCs). Ембрионалните стволови клетки (ESCs) са получени от вътрешни масови клетки на стадия на бластоциста на ембрион на бозайник, които са на възраст от три до пет дни. Те могат да се самообновяват неограничено време и да се диференцират в типове клетки и на трите зародишни листа. От друга страна, възрастните стволови клетки служат като възстановителна система за поддържане на клетъчната хомеостаза в тъканите. Те могат да заменят мъртви или увредени клетки, но имат ограничен потенциал за пролиферация и диференциация в сравнение с ESC. Раковите стволови клетки (CSC) възникват от нормални стволови клетки, които претърпяват генни мутации. Те инициират тумори, образувайки голяма колония или клонове. Раковите стволови клетки играят важна роля в злокачествените тумори, следователно насочването към тях може да осигури начин за лечение на рак.  

Индуцираните плурипотентни стволови клетки (iPSCs) са получени от възрастни соматични клетки. Тяхната плурипотентност се предизвиква изкуствено в лабораторията чрез препрограмиране на соматичните клетки чрез гени и други фактори. iPSCs са като ембрионални стволови клетки в пролиферацията и диференциацията. Първият iPSC е разработен от миши фибробласти от Yamanaka през 2006 г. Оттогава са разработени няколко човешки iPSC от специфични за пациента проби. Тъй като генетиката на пациента е отразена в генетиката на iPSCs, тези препрограмирани соматични клетки се използват за моделиране на генетични заболявания и са направили революция в изследването на човешките генетични заболявания.  

Моделът е животно или клетки, които показват всички или някои от патологични процеси, наблюдавани при действително заболяване. Наличието на експериментален модел е важно за разбирането на развитието на заболяването на клетъчно и молекулярно ниво, което помага при разработването на терапии за лечение. Моделът помага да се разбере как се развива болестта и да се тестват възможните подходи за лечение. Например, човек може да идентифицира ефективни цели за лекарства с помощта на модел или да скринира малки молекули, които биха могли да намалят тежестта и да спрат прогресията на заболяването. Животинските модели се използват отдавна, но имат няколко недостатъка. Освен това животинските модели са неподходящи за генетични заболявания поради генетични различия. Сега човешките стволови клетки (ембрионални и индуцирани плурипотентни) се използват все по-често за моделиране на човешки заболявания.  

Моделирането на заболявания с помощта на човешки iPSCs е правено успешно в продължение на няколко условия като латерална склероза, кръвни заболявания, диабет, болест на Хънтингтън, спинална мускулна атрофия и др. Има голям брой човешки iPSC модели на човешки неврални заболявания, вродени сърдечни заболявания и други генетични безредициs.  

Въпреки това човешкият iPSC модел на албинизъм не беше наличен до 11 януари 2022 г., когато учените от Националния очен институт (NEI), който е част от Националния институт по здравеопазване (NIH), съобщиха за разработването на човешки iPSC-базиран in vitro модел за окулокутанен албинизъм (OCA) 

Окулокутанният албинизъм (OCA) е a генетично разстройство повлияване на пигментацията в очите, кожата и косата. Пациентите страдат от проблеми с очите като намалена най-добре коригирана зрителна острота, намалена очна пигментация, аномалии в развитието на фовеята и/или необичайно пресичане на оптични нервни влакна. Смята се, че подобряването на пигментацията на очите може да предотврати или спаси някои от зрителните дефекти.  

Изследователите разработиха in vitro модел за изследване на пигментационни дефекти в пигментния епител на човешката ретина (RPE) и показаха, че на ретината пигментната епителна тъкан, получена in vitro от пациенти, рекапитулира пигментационните дефекти, наблюдавани при албинизма. Това е много интересно с оглед на факта, че животинските модели на албинизъм са неподходящи и има ограничени човешки клетъчни линии за изследване на меланогенезата и пигментационните дефекти. Извлечените от пациента OCA1A- и OCA2-iPSC, разработени в това проучване, могат да бъдат възобновяем и възпроизводим източник на клетки за производството на целеви типове клетки и/или тъкани. Получените in vitro OCA тъкани и OCA-iRPE ще позволят по-задълбочено разбиране на това как протича образуването на меланин и ще идентифицират молекулите, участващи в пигментационните дефекти, и ще изследват допълнително за молекулярни и/или физиологични разлики. 

Това е много значителна стъпка напред към целта за лечение на състояния, свързани с окулокутанен албинизъм (OCA).  

***

Литература:  

1. Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Плурипотентни стволови клетки в моделиране на болести и откриване на лекарства. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 170–182 (2016). https://doi.org/10.1038/nrm.2015.27 

2. Chamberlain S., 2016. Моделиране на болести с помощта на човешки iPSCs. Човешка молекулярна генетика, том 25, брой R2, 1 октомври 2016 г., страници R173–R181, https://doi.org/10.1093/hmg/ddw209  

3. Bai X., 2020. Моделиране на заболявания на базата на стволови клетки и клетъчна терапия. Cells 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193  

4. Джордж А., и др 2022. In Vitro Моделиране на заболяване на окулокутанен албинизъм тип I и II с помощта на човешка индуцирана плурипотентна стволова клетка, получен от ретинален пигментен епител (2022). Доклади за стволови клетки. Том 17, брой 1, P173-186, 11 януари 2022 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.016 

***