Scientists have developed the first patient-derived stem cell model of albinism. The model will help studying eye conditions related to oculocutaneous albinism (OCA).
Stem buňky jsou nespecializované. Nemohou vykonávat žádnou specifickou funkci v těle, ale mohou se dělit a obnovovat po dlouhou dobu a mají potenciál se specializovat a vyvinout v těle do mnoha různých typů, jako jsou svalové buňky, krvinky, mozkové buňky atd.
Stem cells are present in our bodies at all stages of life, from embryo to adulthood. Embryonic stem cells (ESCs) or fetal kmenové buňky jsou pozorovány v nejranějším stádiu, zatímco dospělé kmenové buňky, které slouží jako opravný systém pro tělo, jsou pozorovány v dospělosti.
Stem cells can be grouped into four: embryonic stem cells (ESCs), adult stem cells, rakovina 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.
Indukované pluripotentní kmenové buňky (iPSC) pocházejí z dospělých somatických buněk. Jejich pluripotence je uměle indukována v laboratoři přeprogramováním somatických buněk prostřednictvím genů a dalších faktorů. iPSC jsou jako embryonální kmenové buňky v proliferaci a diferenciaci. První iPSC vyvinul Yamanaka z myších fibroblastů v roce 2006. Od té doby bylo vyvinuto několik lidských iPSC ze vzorků specifických pro pacienta. Vzhledem k tomu, že genetika pacienta se odráží v genetice iPSC, tyto přeprogramované somatické buňky se používají k modelování genetických onemocnění a způsobily revoluci ve studiu lidských genetických poruch.
Model je zvíře nebo buňky, které vykazují všechny nebo některé patologické procesy pozorované u skutečného onemocnění. Dostupnost experimentálního modelu je důležitá pro pochopení vývoje onemocnění na buněčné a molekulární úrovni, což pomáhá při vývoji terapií k léčbě. Model pomáhá pochopit, jak se nemoc vyvíjí, a testovat potenciální léčebné přístupy. Například je možné identifikovat účinné cíle léčiv s pomocí modelu nebo screeningu malých molekul, které by mohly snížit závažnost a zastavit progresi onemocnění. Zvířecí modely se používají již dlouho, ale mají několik nevýhod. Dále jsou zvířecí modely nevhodné pro genetické poruchy kvůli genetickým odlišnostem. Nyní se lidské kmenové buňky (embryonální a indukované pluripotentní) stále více používají k modelování lidských nemocí.
Modelování onemocnění pomocí lidských iPSC bylo úspěšně provedeno u několika Podmínky laterální skleróza, krevní poruchy, cukrovka, Huntingtonova choroba, spinální svalová atrofie atd. Existuje mnoho lidské modely iPSC of human neural diseases, congenital heart diseases and other genetic poruchas.
Nicméně, lidský iPSC model albinismu nebyl k dispozici až do 11. ledna 2022, kdy vědci z National Eye Institute (NEI), který je součástí National Institutes of Health (NIH), oznámili vývoj lidského in vitro modelu založeného na iPSC. okulokutánní albinismus (OCA)
Oculocutaneous albinism (OCA) is a genetická porucha 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 sítnice 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.
Jedná se o velmi významný krok vpřed směrem k cíli léčby stavů souvisejících s okulokutánním albinismem (OCA).
***
Reference:
- Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Pluripotentní kmenové buňky v modelování onemocnění a objevování léků. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 170–182 (2016). https://doi.org/10.1038/nrm.2015.27
- Chamberlain S., 2016. Modelování onemocnění pomocí lidských iPSC. Human Molecular Genetics, svazek 25, vydání R2, 1. října 2016, strany R173–R181, https://doi.org/10.1093/hmg/ddw209
- Bai X., 2020. Modelování onemocnění na základě kmenových buněk a buněčná terapie. Cells 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193
- George A., et al 2022. In vitro modelování onemocnění okulokutánního albinismu typu I a II pomocí lidských indukovaných pluripotentních retinálních pigmentových epitelů odvozených z kmenových buněk (2022). Zprávy o kmenových buňkách. Svazek 17, vydání 1, P173-186, 11. ledna 2022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.016
***
