Wetenschappers hebben het eerste van een patiënt afgeleide stamcelmodel van albinisme ontwikkeld . Dit model zal helpen bij het bestuderen van oogaandoeningen die verband houden met oculocutaan albinisme (OCA).
Stamcellen zijn niet gespecialiseerd. Ze kunnen geen specifieke functie in het lichaam uitvoeren, maar ze kunnen zich wel delen en gedurende lange tijd vernieuwen en hebben het potentieel om zich te specialiseren en zich te ontwikkelen tot vele verschillende celtypen in het lichaam , zoals spiercellen, bloedcellen, hersencellen, enzovoort.
Stamcellen zijn in ons lichaam aanwezig in alle levensfasen, van embryo tot volwassene. Embryonale stamcellen (ESC's) of foetale stamcellen worden in de vroegste fase aangetroffen, terwijl volwassen stamcellen, die dienen als reparatiesysteem voor het lichaam, in de volwassenheid voorkomen.
Stamcellen kunnen worden onderverdeeld in vier groepen: embryonale stamcellen (ESC's), volwassen stamcellen, kankerstamcellen (CSC's) en geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's). Embryonale stamcellen (ESC's) zijn afkomstig van de binnenste celmassa van het blastocyststadium van een zoogdierembryo van drie tot vijf dagen oud. Ze kunnen zich onbeperkt vernieuwen en differentiëren tot celtypen van alle drie de kiemlagen. Volwassen stamcellen daarentegen fungeren als een reparatiesysteem om de celhomeostase in weefsels te handhaven. Ze kunnen dode of beschadigde cellen vervangen, maar hebben een beperkter proliferatie- en differentiatiepotentieel in vergelijking met ESC's. Kankerstamcellen (CSC's) ontstaan uit normale stamcellen die genmutaties ondergaan. Ze initiëren tumoren door een grote kolonie of klonen te vormen. Kankerstamcellen spelen een belangrijke rol bij kwaadaardige tumoren; het gericht aanpakken ervan zou daarom een manier kunnen bieden om kanker te behandelen.
Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's) zijn afgeleid van volwassen somatische cellen. Hun pluripotentie wordt kunstmatig opgewekt in het laboratorium door somatische cellen te herprogrammeren via genen en andere factoren. iPSC's zijn als embryonale stamcellen in proliferatie en differentiatie. De eerste iPSC is in 2006 door Yamanaka ontwikkeld op basis van fibroblasten van muizen. Sindsdien zijn er verschillende menselijke iPSC's ontwikkeld op basis van patiëntspecifieke monsters. Aangezien de genetica van de patiënt wordt weerspiegeld in de genetica van de iPSC's, worden deze geherprogrammeerde somatische cellen gebruikt om genetische ziekten te modelleren en hebben ze een revolutie teweeggebracht in de studie van menselijke genetische aandoeningen.
Een model is een dier of cellen die alle of enkele van de pathologische processen vertonen die bij een werkelijke ziekte worden waargenomen. De beschikbaarheid van een experimenteel model is belangrijk voor het begrijpen van de ontwikkeling van ziekten op cellulair en moleculair niveau, wat helpt bij het ontwikkelen van therapieën om te behandelen. Een model helpt bij het begrijpen hoe de ziekte zich ontwikkelt en bij het testen van mogelijke behandelmethoden. Men kan bijvoorbeeld met behulp van een model effectieve doelwitten voor geneesmiddelen identificeren of kleine moleculen screenen die de ernst kunnen verminderen en de progressie van de ziekte kunnen stoppen. Diermodellen worden al lang gebruikt, maar hebben verschillende nadelen. Verder zijn diermodellen ongeschikt voor genetische aandoeningen vanwege genetische verschillen. Nu worden menselijke stamcellen (embryonale en geïnduceerde pluripotente) steeds vaker gebruikt om menselijke ziekten te modelleren.
Het modelleren van ziekten met behulp van menselijke iPSC's is succesvol gebleken voor verschillende aandoeningen, zoals ALS, bloedziekten, diabetes, de ziekte van Huntington, spinale musculaire atrofie, enzovoort. Er bestaan ook talrijke menselijke iPSC-modellen voor neurologische aandoeningen, aangeboren hartafwijkingen en andere genetische aandoeningen.
Het menselijk iPSC-model van albinisme was echter pas op 11 januari 2022 beschikbaar toen de wetenschappers van het National Eye Institute (NEI), dat deel uitmaakt van de National Institutes of Health (NIH), de ontwikkeling rapporteerden van een menselijk iPSC-gebaseerd in vitro-model voor oculocutaan albinisme (OCA)
Oculocutaan albinisme (OCA) is een genetische aandoening die de pigmentatie van het oog, de huid en het haar beïnvloedt. Patiënten hebben last van oogproblemen zoals een verminderde best gecorrigeerde gezichtsscherpte, verminderde oogpigmentatie, afwijkingen in de ontwikkeling van de fovea en/of abnormale kruising van optische zenuwvezels. Men denkt dat het verbeteren van de oogpigmentatie sommige van deze gezichtsstoornissen kan voorkomen of verhelpen.
De onderzoekers ontwikkelden een in-vitro-model voor het bestuderen van pigmentatiestoornissen in het menselijke retinale pigmentepitheel (RPE) en toonden aan dat het in vitro gekweekte retinale pigmentepitheelweefsel van patiënten de pigmentatiestoornissen nabootst die bij albinisme worden gezien. Dit is zeer interessant, gezien het feit dat diermodellen voor albinisme ongeschikt zijn en er slechts beperkte menselijke cellijnen beschikbaar zijn voor onderzoek naar melanogenese en pigmentatiestoornissen. De in deze studie ontwikkelde, van patiënten afgeleide OCA1A- en OCA2-iPSC's kunnen een hernieuwbare en reproduceerbare bron van cellen vormen voor de productie van doelcel- en/of weefseltypen. In vitro gekweekte OCA-weefsels en OCA-iRPE zullen een dieper inzicht geven in hoe melaninevorming plaatsvindt, moleculen identificeren die betrokken zijn bij pigmentatiestoornissen en verder onderzoek mogelijk maken naar moleculaire en/of fysiologische verschillen.
Dit is een zeer belangrijke stap voorwaarts in de richting van het doel van de behandeling van aan oculocutaan albinisme (OCA) gerelateerde aandoeningen.
***
Referenties:
- Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Pluripotente stamcellen bij ziektemodellering en medicijnontdekking. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 170-182 (2016). https://doi.org/10.1038/nrm.2015.27
- Chamberlain S., 2016. Ziektemodellering met menselijke iPSC's. Human Molecular Genetics, Volume 25, Issue R2, 1 oktober 2016, pagina's R173-R181, https://doi.org/10.1093/hmg/ddw209
- Bai X., 2020. Op stamcellen gebaseerde ziektemodellering en celtherapie. Cellen 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193
- George A., c.s. 2022. In vitro ziektemodellering van oculocutaan albinisme type I en II met behulp van door mensen geïnduceerd pluripotent stamcel-afgeleid retinaal pigmentepitheel (2022). Stamcelrapporten. Deel 17, uitgave 1, P173-186, 11 januari 2022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.016
***
. ){kind=link}