Wetenschappers hebben het eerste van een patiënt afgeleide stamcelmodel van albinisme ontwikkeld. Het model zal helpen bij het bestuderen van oogaandoeningen die verband houden met oculocutaan albinisme (OCA).
Stem cellen zijn niet gespecialiseerd. Ze kunnen geen specifieke functie in het lichaam vervullen, maar ze kunnen zich gedurende een lange tijd delen en vernieuwen en hebben het potentieel om zich te specialiseren en zich te ontwikkelen tot veel verschillende typen in het lichaam, zoals spiercellen, bloedcellen, hersencellen enz.
Stamcellen zijn in alle levensfasen in ons lichaam aanwezig, van embryo tot volwassenheid. Embryonale stamcellen (ESC's) of foetaal stamcellen worden in het vroegste stadium gezien, terwijl volwassen stamcellen die als reparatiesysteem voor het lichaam dienen, op volwassen leeftijd worden gezien.
Stamcellen kunnen worden onderverdeeld in vier: embryonale stamcellen (ESC's), volwassen stamcellen, kankerstamcellen (CSC's) en geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's). Embryonale stamcellen (ESC's) zijn afgeleid van inwendige massacellen van het blastocyststadium van zoogdierembryo's die drie tot vijf dagen oud zijn. Ze kunnen zichzelf voor onbepaalde tijd vernieuwen en differentiëren in celtypen van alle drie de kiemlagen. Aan de andere kant dienen volwassen stamcellen als een reparatiesysteem om de celhomeostase in weefsels te handhaven. Ze kunnen dode of beschadigde cellen vervangen, maar hebben een beperkt proliferatie- en differentiatiepotentieel in vergelijking met ESC's. Kankerstamcellen (CSC's) ontstaan uit normale stamcellen die genmutaties ondergaan. Ze initiëren tumoren die een grote kolonie of klonen vormen. Kankerstamcellen spelen een belangrijke rol bij kwaadaardige tumoren en daarom zou het richten op hen een manier kunnen zijn om kankers 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.
Ziektemodellering met behulp van menselijke iPSC's is al meerdere jaren met succes uitgevoerd voorwaarden zoals laterale sclerose, bloedaandoeningen, diabetes, de ziekte van Huntington, spinale musculaire atrofie enz. Er is een groot aantal menselijke iPSC-modellen van menselijke neurale ziekten, aangeboren hartziekten 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 in het oog, de huid en het haar aantast. De patiënten lijden aan oogproblemen zoals 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 enkele van de gezichtsstoornissen kan voorkomen of redden.
De onderzoekers ontwikkelden een in-vitromodel voor het bestuderen van pigmentatiedefecten in humaan retinaal pigmentepitheel (RPE) en toonden aan dat het in vitro verkregen retinale pigmentepitheelweefsel van patiënten de pigmentatiedefecten recapituleert die worden waargenomen bij albinisme. Dit is zeer interessant gezien het feit dat diermodellen van albinisme ongeschikt zijn en er beperkte menselijke cellijnen zijn om melanogenese en pigmentatiedefecten te bestuderen. De van de patiënt afgeleide OCA1A- en OCA2-iPSC's die in deze studie zijn ontwikkeld, kunnen een hernieuwbare en reproduceerbare bron van cellen zijn voor de productie van doelcel- en/of weefseltypes. In vitro afgeleide OCA-weefsels en OCA-iRPE zullen een dieper begrip mogelijk maken van hoe melaninevorming plaatsvindt en moleculen identificeren die betrokken zijn bij pigmentatiedefecten, en verder zoeken 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
***
