Более 3 миллионов американцев страдают глаукомой – серьезным заболеванием глаз, вызывающим потерю зрения. Используя модели стволовых клеток человека, исследователи из Медицинской школы Университета Индианы обнаружили, что они могут анализировать дефицит в клетках, поврежденных глаукомой, с потенциалом использовать эту информацию для разработки новых стратегий замедления процесса болезни.
Исследование, опубликованное 11 июня в Stem Cell Reports, было направлено на выявление генетических мутаций в ганглиозных клетках сетчатки, которые служат связующим звеном между глазом и мозгом. Исследователи обнаружили, что при дифференцировке плюрипотентных стволовых клеток человека в ганглиозные клетки сетчатки они смогли определить характеристики, связанные с нейродегенерацией при глаукоме.
«Как только вы определили такую цель – что происходит в клетках не так, – это открывает ряд возможностей для возможного развития терапевтических подходов, особенно фармакологических подходов для замедления и обращения вспять этих дегенеративных фенотипов», – сказал Джейсон Мейер. Ph.D., доцент кафедры медицинской и молекулярной генетики Медицинской школы IU.
Команду исследователей возглавил Мейер вместе с соавторами публикации Кирстин Вандерволл и Канг-Чи Хуанг, аспирантами Школы естественных наук при IUPUI в лаборатории Мейера, которая находится в Исследовательском институте неврологии Старка. Лаборатория Мейера ранее располагалась в Научной школе.
Когда ганглиозные клетки сетчатки дегенерируют через глаукому, это приводит к потере зрения и, в конечном итоге, к слепоте. По словам Мейера, исследователи в этом исследовании получили плюрипотентные стволовые клетки от пациента, у которого была генетическая форма глаукомы. Затем они дифференцировали стволовые клетки в ганглиозные клетки сетчатки для поиска дефицита нейродегенерации.
«Одна из сильных сторон (исследования стволовых клеток) заключается в том, что когда вы получаете клетки от пациента, у которого есть генетическая основа для болезни, в ДНК клетки присутствуют все схемы для развития признаков болезни», – сказал Мейер.
Они также использовали технологию редактирования генов – CRISPR-Cas9 – для введения генетической мутации, обычно связанной с глаукомой, в существующие линии стволовых клеток для моделирования болезни, а также для исправления дефекта гена в клетках, полученных от пациентов.
«Подходы к редактированию генов CRISPR / Cas9 не только позволили нам изучить болезнь, но и с помощью этого подхода мы также смогли показать, как исправление генной мутации обратило болезнь вспять, продемонстрировав потенциал подходов к генной терапии», – сказал Хуанг.
Мейер сказал, что команда обнаружила дисфункцию в процессе аутофагии, способ организма удалять поврежденные клетки для регенерации здоровых клеток.
«Мы обнаружили, что в клетках пациентов с глаукомой есть некоторые недостатки в этом процессе аутофагии, поэтому у вас накопилось слишком много клеточного мусора», – сказал Мейер, добавив, что этот дефицит коррелирует с дегенерацией клеток, что может сморщиваются и в конечном итоге умирают.
Используя фармацевтическое соединение под названием рапамицин, которое, как известно, ускоряет процесс аутофагии, Мейер сказал, что они обнаружили, что многие из нейродегенеративных характеристик, которые они ранее идентифицировали, замедляются, и клетки, кажется, восстанавливаются и выглядят более нормальными.
Мейер сказал, что стволовые клетки человека играют важную роль в изучении болезней человека, особенно нейродегенерации. Предыдущие исследования ганглиозных клеток сетчатки и глаукомы как дегенеративного заболевания с использованием моделей на животных предполагают различия в реакции клеток между видами.
«Поскольку это клетки человека, это дает нам более репрезентативную модель для тестирования фармакологических соединений, – добавил Вандерволл, – и дает нам лучшее представление о том, как они потенциально могут быть токсичными или нетоксичными для клеток человека по сравнению с тестируемыми соединениями. у животных.”
Мейер сказал, что после определения цели внутри клеток – процесса аутофагии – текущая работа лаборатории будет сосредоточена на анализе способов использования различных типов фармацевтических соединений для лечения глаукомы. Как и в случае со многими нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезни Альцгеймера и Паркинсона, существует очень мало методов лечения, если они вообще есть, и никаких лекарств.
«Существует острая необходимость попытаться определить новые подходы к лечению этих заболеваний», – сказал Мейер.Грантовая поддержка этого исследования была предоставлена Национальным институтом глаз, Фондом исследований спинного мозга и травм головного мозга Министерства здравоохранения штата Индиана и Институтом клинических и трансляционных наук Индианы.