Scientists have developed the first patient-derived stem cell modelis of albinism. The model will help studying eye conditions related to oculocutaneous albinism (OCA).
Stem šūnas ir nespecializēti. Viņi nevar veikt nekādas īpašas funkcijas organismā, bet tie var sadalīties un atjaunoties ilgu laiku, un tiem ir iespēja specializēties un attīstīties dažādos ķermeņa veidos, piemēram, muskuļu šūnās, asins šūnās, smadzeņu šūnās utt.
Stem cells are present in our bodies at all stages of life, from embrijs to adulthood. Embryonic stem cells (ESCs) or fetal cilmes šūnas tiek novērotas agrīnā stadijā, savukārt pieaugušo cilmes šūnas, kas kalpo kā ķermeņa atjaunošanas sistēma, tiek novērotas pieaugušā vecumā.
Stem cells can be grouped into four: embryonic stem cells (ESCs), adult stem cells, vēzis 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.
Inducētās pluripotentās cilmes šūnas (iPSC) ir iegūtas no pieaugušo somatiskajām šūnām. To pluripotence tiek mākslīgi izraisīta laboratorijā, pārprogrammējot somatiskās šūnas, izmantojot gēnus un citus faktorus. iPSC ir kā embriju cilmes šūnas proliferācijā un diferenciācijā. Pirmo iPSC no peļu fibroblastiem izstrādāja Yamanaka 2006. gadā. Kopš tā laika vairāki cilvēka iPSC ir izstrādāti no pacientam specifiskiem paraugiem. Tā kā pacienta ģenētika ir atspoguļota iPSC ģenētikā, šīs pārprogrammētās somatiskās šūnas tiek izmantotas ģenētisko slimību modelēšanai un ir mainījušas cilvēka ģenētisko traucējumu izpēti.
Modelis ir dzīvnieks vai šūnas, kas parāda visus vai dažus patoloģiskos procesus, kas novēroti faktiskā slimībā. Eksperimentālā modeļa pieejamība ir svarīga, lai izprastu slimības attīstību šūnu un molekulārā līmenī, kas palīdz izstrādāt ārstēšanas terapiju. Modelis palīdz izprast, kā slimība attīstās, un pārbaudīt iespējamās ārstēšanas pieejas. Piemēram, var identificēt efektīvus zāļu mērķus, izmantojot modeli vai skrīningu mazām molekulām, kas varētu samazināt slimības smagumu un apturēt slimības progresēšanu. Dzīvnieku modeļi ir izmantoti jau sen, taču tiem ir vairāki trūkumi. Turklāt dzīvnieku modeļi nav piemēroti ģenētiskiem traucējumiem ģenētisko atšķirību dēļ. Tagad cilvēka slimību modelēšanai arvien vairāk tiek izmantotas cilvēka cilmes šūnas (embrionālās un inducētās pluripotentās šūnas).
Slimību modelēšana, izmantojot cilvēka iPSC, ir veiksmīgi veikta vairākos gadījumos apstākļi piemēram, laterālā skleroze, asins slimības, diabēts, Hantingtona slimība, mugurkaula muskuļu atrofija utt. Ir daudz cilvēka iPSC modeļi of human neural diseases, congenital heart diseases and other genetic traucējumss.
Tomēr cilvēka iPSC albīnisma modelis nebija pieejams līdz 11. gada 2022. janvārim, kad Nacionālā acu institūta (NEI), kas ir daļa no Nacionālajiem veselības institūtiem (NIH), zinātnieki ziņoja par cilvēka iPSC balstīta in vitro modeļa izstrādi. okulocutāns albīnisms (OCA)
Oculocutaneous albinism (OCA) is a ģenētiski traucējumi 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 tīklenes 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.
Tas ir ļoti nozīmīgs solis uz priekšu, lai sasniegtu mērķi ārstēt ar okulokutānu albīnismu (OCA) saistītus stāvokļus.
***
Norādes:
- Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Pluripotent cilmes šūnas slimību modelēšanā un zāļu atklāšanā. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 170–182 (2016). https://doi.org/10.1038/nrm.2015.27
- Chamberlain S., 2016. Slimību modelēšana, izmantojot cilvēka iPSC. Human Molecular Genetics, 25. sējums, R2 izdevums, 1. gada 2016. oktobris, R173.–R181. lpp. https://doi.org/10.1093/hmg/ddw209
- Bai X., 2020. Uz cilmes šūnām balstītu slimību modelēšana un šūnu terapija. Šūnas 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193
- Džordžs A., un citi 2022. In vitro slimību modelēšana okulocūtā albinisma I un II tipa, izmantojot cilvēka izraisītu pluripotentu cilmes šūnu iegūto tīklenes pigmenta epitēliju (2022). Ziņojumi par cilmes šūnām. 17. sējums, 1. izdevums, P173-186, 11. gada 2022. janvāris DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.016
***
