Scientists have developed the first patient-derived stem cell modell of albinism. The model will help studying eye conditions related to oculocutaneous albinism (OCA).
Stem-celler är ospecialiserade. De kan inte göra någon specifik funktion i kroppen utan de kan dela sig och förnya sig under lång tid och har potential att bli specialiserade och utvecklas till många olika typer i kroppen såsom muskelceller, blodkroppar, hjärnceller mm.
Stem cells are present in our bodies at all stages of life, from embryo to adulthood. Embryonic stem cells (ESCs) or fetal stamceller ses i det tidigaste skedet medan vuxna stamceller som fungerar som ett reparationssystem för kroppen ses i vuxen ålder.
Stem cells can be grouped into four: embryonic stem cells (ESCs), adult stem cells, cancer 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.
Inducerade pluripotenta stamceller (iPSCs) härrör från vuxna somatiska celler. Deras pluripotens induceras artificiellt i laboratoriet genom att omprogrammera somatiska celler genom gener och andra faktorer. iPSCs är som embryonala stamceller i proliferation och differentiering. Den första iPSC:n utvecklades från murina fibroblaster av Yamanaka 2006. Sedan dess har flera mänskliga iPSC:er utvecklats från patientspecifika prover. Eftersom patientens genetik återspeglas i genetiken hos iPSC:erna, används dessa omprogrammerade somatiska celler för att modellera genetiska sjukdomar och har revolutionerat studiet av mänskliga genetiska störningar.
En modell är ett djur eller celler som visar alla eller några av de patologiska processer som observeras i en verklig sjukdom. Tillgängligheten av en experimentell modell är viktig för att förstå utvecklingen av sjukdomar på cellulära och molekylära nivåer som hjälper till att utveckla terapier att behandla. En modell hjälper till att förstå hur sjukdomen utvecklas och att testa potentiella behandlingsmetoder. Till exempel kan man identifiera effektiva läkemedelsmål med hjälp av en modell eller screena små molekyler som skulle kunna minska svårighetsgraden och stoppa utvecklingen av sjukdomen. Djurmodeller har använts länge men har flera nackdelar. Vidare är djurmodeller olämpliga för genetiska störningar på grund av genetiska olikheter. Nu används mänskliga stamceller (embryonala och inducerade pluripotenta) alltmer för att modellera mänskliga sjukdomar.
Sjukdomsmodellering med mänskliga iPSCs har framgångsrikt gjorts i flera villkor såsom lateral skleros, blodsjukdomar, diabetes, Huntingtons sjukdom, spinal muskelatrofi etc. Det finns ett stort antal mänskliga iPSC-modeller of human neural diseases, congenital heart diseases and other genetic oordnings.
Human iPSC-modell för albinism var dock inte tillgänglig förrän den 11 januari 2022 när forskarna vid National Eye Institute (NEI) som är en del av National Institutes of Health (NIH) rapporterade utvecklingen av en mänsklig iPSC-baserad in vitro-modell för oculocutaneous albinism (OCA)
Oculocutaneous albinism (OCA) is a genetisk störning 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 näthinnan 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.
Detta är ett mycket viktigt steg framåt mot målet att behandla oculocutaneous albinism (OCA) relaterade tillstånd.
***
Referenser:
- Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Pluripotenta stamceller i sjukdomsmodellering och läkemedelsupptäckt. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 170–182 (2016). https://doi.org/10.1038/nrm.2015.27
- Chamberlain S., 2016. Sjukdomsmodellering med mänskliga iPSCs. Human Molecular Genetics, volym 25, nummer R2, 1 oktober 2016, sidorna R173–R181, https://doi.org/10.1093/hmg/ddw209
- Bai X., 2020. Stamcellsbaserad sjukdomsmodellering och cellterapi. Cells 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193
- George A., et al, 2022. Sjukdomsmodellering in vitro av oculokutan albinism typ I och II med användning av mänskligt inducerad pluripotent stamcellshärlett retinalt pigmentepitel (2022). Stamcellsrapporter. Volym 17, nummer 1, P173-186, 11 januari 2022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.016
***
