Gli scienziati hanno sviluppato il primo modello di cellule staminali derivate da un paziente affetto da albinismo. Questo modello aiuterà a studiare le patologie oculari correlate all'albinismo oculocutaneo (OCA).
Le cellule staminali non sono specializzate. Non possono svolgere alcuna funzione specifica nell'organismo, ma sono in grado di dividersi e rinnovarsi per lungo tempo e hanno il potenziale per specializzarsi e svilupparsi in molti tipi diversi di cellule, come cellule muscolari, cellule del sangue, cellule cerebrali, ecc.
Le cellule staminali sono presenti nel nostro corpo in tutte le fasi della vita, dall'embrione all'età adulta. Le cellule staminali embrionali (ESC) o cellule staminali fetali si riscontrano nella fase iniziale, mentre le cellule staminali adulte, che fungono da sistema di riparazione per l'organismo, sono presenti nell'età adulta.
Le cellule staminali possono essere suddivise in quattro categorie: cellule staminali embrionali (ESC), cellule staminali adulte, cellule staminali tumorali (CSC) e cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC). Le cellule staminali embrionali (ESC) derivano dalle cellule della massa interna dello stadio di blastocisti dell'embrione di mammifero, di età compresa tra tre e cinque giorni. Sono in grado di autorinnovarsi indefinitamente e di differenziarsi in cellule di tutti e tre i foglietti germinativi. Le cellule staminali adulte, invece, fungono da sistema di riparazione per mantenere l'omeostasi cellulare nei tessuti. Possono sostituire le cellule morte o danneggiate, ma presentano un potenziale di proliferazione e differenziazione limitato rispetto alle ESC. Le cellule staminali tumorali (CSC) originano da cellule staminali normali che subiscono mutazioni genetiche. Sono responsabili della formazione di tumori, dando origine a grandi colonie o cloni. Le cellule staminali tumorali svolgono un ruolo importante nei tumori maligni, pertanto il loro targeting potrebbe rappresentare una strategia terapeutica.
Le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) sono derivate da cellule somatiche adulte. La loro pluripotenza è indotta artificialmente in laboratorio riprogrammando le cellule somatiche attraverso geni e altri fattori. Le iPSC sono come le cellule staminali embrionali nella proliferazione e differenziazione. La prima iPSC è stata sviluppata da fibroblasti murini da Yamanaka nel 2006. Da allora, diverse iPSC umane sono state sviluppate da campioni specifici del paziente. Poiché la genetica del paziente si riflette nella genetica delle iPSC, queste cellule somatiche riprogrammate vengono utilizzate per modellare malattie genetiche e hanno rivoluzionato lo studio delle malattie genetiche umane.
Un modello è un animale o cellule che mostrano tutti o alcuni dei processi patologici osservati in una malattia reale. La disponibilità di un modello sperimentale è importante per comprendere lo sviluppo della malattia a livello cellulare e molecolare che aiuta nello sviluppo di terapie da trattare. Un modello aiuta a capire come si sviluppa la malattia e a testare potenziali approcci terapeutici. Ad esempio, è possibile identificare bersagli farmacologici efficaci con l'aiuto di un modello o selezionare piccole molecole che potrebbero ridurre la gravità e arrestare la progressione della malattia. I modelli animali sono stati utilizzati a lungo, ma presentano diversi svantaggi. Inoltre, i modelli animali non sono adatti per malattie genetiche a causa di differenze genetiche. Ora, le cellule staminali umane (embrionali e pluripotenti indotte) sono sempre più utilizzate per modellare le malattie umane.
La modellizzazione di malattie utilizzando cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPSC) è stata effettuata con successo per diverse patologie, come la sclerosi laterale, le malattie del sangue, il diabete, la malattia di Huntington, l'atrofia muscolare spinale, ecc. Esistono numerosi modelli di iPSC umane per malattie neurologiche, cardiopatie congenite e altre malattie genetiche.
Tuttavia, il modello di albinismo umano iPSC non era disponibile fino all'11 gennaio 2022, quando gli scienziati del National Eye Institute (NEI) che fa parte del National Institutes of Health (NIH) hanno segnalato lo sviluppo di un modello in vitro basato su iPSC umano per albinismo oculocutaneo (OCA)
L'albinismo oculocutaneo (OCA) è una malattia genetica che colpisce la pigmentazione di occhi, pelle e capelli. I pazienti presentano problemi oculari come una ridotta acuità visiva corretta, una ridotta pigmentazione oculare, anomalie nello sviluppo della fovea e/o un incrocio anomalo delle fibre del nervo ottico. Si ritiene che migliorare la pigmentazione oculare possa prevenire o correggere alcuni dei difetti visivi.
I ricercatori hanno sviluppato un modello in vitro per studiare i difetti di pigmentazione nell'epitelio pigmentato retinico (EPR) umano e hanno dimostrato che il tessuto dell'epitelio pigmentato retinico derivato in vitro da pazienti riproduce i difetti di pigmentazione osservati nell'albinismo. Questo è molto interessante, considerando che i modelli animali di albinismo sono inadatti e che esistono poche linee cellulari umane per studiare la melanogenesi e i difetti di pigmentazione. Le cellule iPSC OCA1A e OCA2 derivate da pazienti e sviluppate in questo studio possono rappresentare una fonte rinnovabile e riproducibile di cellule per la produzione di tipi cellulari e/o tissutali specifici. I tessuti OCA e l'EPR OCA-iPSC derivati in vitro consentiranno una comprensione più approfondita di come avviene la formazione della melanina, identificheranno le molecole coinvolte nei difetti di pigmentazione e approfondiranno ulteriormente le differenze molecolari e/o fisiologiche.
Questo è un passo avanti molto significativo verso l'obiettivo del trattamento delle condizioni correlate all'albinismo oculocutaneo (OCA).
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Riferimenti:
- Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Cellule staminali pluripotenti nella modellazione della malattia e nella scoperta di farmaci. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 170–182 (2016). https://doi.org/10.1038/nrm.2015.27
- Chamberlain S., 2016. Modellazione della malattia utilizzando iPSC umani. Genetica molecolare umana, volume 25, numero R2, 1 ottobre 2016, pagine R173–R181, https://doi.org/10.1093/hmg/ddw209
- Bai X., 2020. Modellazione delle malattie basate sulle cellule staminali e terapia cellulare. Celle 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193
- Giorgio A., et al 2022. Modellazione in vitro della malattia dell'albinismo oculocutaneo di tipo I e II utilizzando l'epitelio pigmentato retinico derivato da cellule staminali pluripotenti indotto dall'uomo (2022). Rapporti sulle cellule staminali. Volume 17, Numero 1, P173-186, 11 gennaio 2022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.016
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