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Modelli di malattie delle cellule staminali: sviluppato il primo modello di albinismo

SCIENZEBIOLOGIAModelli di malattie delle cellule staminali: sviluppato il primo modello di albinismo

Gli scienziati hanno sviluppato il primo modello di albinismo con cellule staminali derivato dal paziente. Il modello aiuterà a studiare le condizioni oculari legate all'albinismo oculocutaneo (OCA).  

Scellule staminali sono non specializzati. Non possono svolgere alcuna funzione specifica nel corpo, ma possono dividersi e rinnovarsi per molto tempo e hanno il potenziale per specializzarsi e svilupparsi in molti tipi diversi nel corpo come cellule muscolari, cellule del sangue, cellule cerebrali ecc.  

Le cellule staminali sono presenti nel nostro organismo in tutte le fasi della vita, dall'embrione all'età adulta. Le cellule staminali embrionali (ESC) o le cellule staminali fetali sono visibili nella fase iniziale mentre le cellule staminali adulte che fungono da sistema di riparazione per il corpo sono osservate nell'età adulta.  

Le cellule staminali possono essere raggruppate in quattro: cellule staminali embrionali (ESC), cellule staminali adulte, cellule staminali cancerose (CSC) e cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC). Le cellule staminali embrionali (ESC) sono derivate da cellule di massa interne dello stadio di blastocisti dell'embrione di mammifero che hanno da tre a cinque giorni di vita. Possono autorinnovarsi indefinitamente e differenziarsi in tipi cellulari di tutti e tre gli strati germinali. D'altra parte, le cellule staminali adulte fungono da sistema di riparazione per mantenere l'omeostasi cellulare nei tessuti. Possono sostituire le cellule morte o danneggiate ma hanno un potenziale di proliferazione e differenziazione limitato rispetto agli ESC. Le cellule staminali del cancro (CSC) derivano da cellule staminali normali che subiscono mutazioni genetiche. Iniziano i tumori formando una grande colonia o cloni. Le cellule staminali del cancro svolgono un ruolo importante nei tumori maligni, quindi prenderle di mira potrebbe fornire un modo per curare i tumori.  

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 modellazione delle malattie utilizzando iPSC umani è stata eseguita con successo per molti condizioni come la sclerosi laterale, le malattie del sangue, il diabete, la malattia di Huntington, l'atrofia muscolare spinale, ecc. modelli iPSC umani di malattie neurali umane, malattie cardiache 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 degli occhi, della pelle e dei capelli. I pazienti soffrono di problemi agli occhi come ridotta acuità visiva meglio corretta, ridotta pigmentazione oculare, anomalie nello sviluppo della fovea e/o attraversamento anomalo delle fibre del nervo ottico. Si pensa che il miglioramento della pigmentazione degli occhi possa prevenire o salvare alcuni dei difetti visivi.  

I ricercatori hanno sviluppato un modello in vitro per lo studio dei difetti di pigmentazione nell'epitelio pigmentato retinico umano (RPE) e hanno dimostrato che il tessuto epiteliale pigmentato retinico derivato in vitro dai pazienti ricapitola i difetti di pigmentazione osservati nell'albinismo. Questo è molto interessante in considerazione del fatto che i modelli animali di albinismo non sono adatti e ci sono linee cellulari umane limitate per studiare la melanogenesi e i difetti di pigmentazione. Gli OCA1A- e OCA2-iPSC derivati ​​dal paziente sviluppati in questo studio possono essere una fonte rinnovabile e riproducibile di cellule per la produzione di cellule bersaglio e/o tipi di tessuto. I tessuti OCA derivati ​​in vitro e l'OCA-iRPE consentiranno una comprensione più profonda di come avviene la formazione di melanina e identificheranno le molecole coinvolte nei difetti della pigmentazione e sondano 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:  

  1. 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 
  1. 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  
  1. Bai X., 2020. Modellazione delle malattie basate sulle cellule staminali e terapia cellulare. Celle 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193  
  1. 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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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Caporedattore, Scientific European

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