Modelos de células madre de enfermedades: desarrollo del primer modelo de albinismo

Los científicos han desarrollado el primer modelo de albinismo a partir de células madre derivadas de un paciente . Este modelo ayudará a estudiar las afecciones oculares relacionadas con el albinismo oculocutáneo (OCA).

Las células madre no están especializadas. No pueden realizar ninguna función específica en el cuerpo, pero pueden dividirse y renovarse a lo largo del tiempo y tienen el potencial de especializarse y desarrollarse en muchos tipos diferentes de células, como células musculares, células sanguíneas, células cerebrales, etc.

Las células madre están presentes en nuestro organismo en todas las etapas de la vida, desde el embrión hasta la edad adulta. Las células madre embrionarias (CME) o células madre fetales se observan en la etapa más temprana, mientras que las células madre adultas, que funcionan como un sistema de reparación para el cuerpo, se observan en la edad adulta.

Las células madre se pueden agrupar en cuatro: células madre embrionarias (CME), células madre adultas, células madre cancerosas (CMC) y células madre pluripotentes inducidas (iPSC). Las células madre embrionarias (CME) se derivan de las células de la masa interna del blastocisto del embrión de mamífero, de tres a cinco días de edad. Pueden autorrenovarse indefinidamente y diferenciarse en los tipos celulares de las tres capas germinales. Por otro lado, las células madre adultas actúan como un sistema de reparación para mantener la homeostasis celular en los tejidos. Pueden reemplazar células muertas o dañadas, pero tienen un potencial de proliferación y diferenciación limitado en comparación con las CME. Las células madre cancerosas (CMC) surgen de células madre normales que sufren mutaciones genéticas. Inician tumores formando grandes colonias o clones. Las células madre cancerosas desempeñan un papel importante en los tumores malignos, por lo que atacarlas podría ser una estrategia para tratar el cáncer.

Las células madre pluripotentes inducidas (iPSC) se derivan de células somáticas adultas. Su pluripotencialidad se induce artificialmente en el laboratorio mediante la reprogramación de células somáticas a través de genes y otros factores. Las iPSC son como células madre embrionarias en proliferación y diferenciación. Yamanaka desarrolló la primera iPSC a partir de fibroblastos murinos en 2006. Desde entonces, se han desarrollado varias iPSC humanas a partir de muestras específicas de pacientes. Dado que la genética del paciente se refleja en la genética de las iPSC, estas células somáticas reprogramadas se utilizan para modelar enfermedades genéticas y han revolucionado el estudio de los trastornos genéticos humanos.  

Un modelo es un animal o células que muestran todos o algunos de los procesos patológicos observados en una enfermedad real. La disponibilidad de un modelo experimental es importante para comprender el desarrollo de la enfermedad a nivel celular y molecular, lo que ayuda a desarrollar terapias para tratar. Un modelo ayuda a comprender cómo se desarrolla la enfermedad y a probar posibles enfoques de tratamiento. Por ejemplo, se pueden identificar objetivos farmacológicos efectivos con la ayuda de un modelo o detectar moléculas pequeñas que podrían reducir la gravedad y detener la progresión de la enfermedad. Los modelos animales se han utilizado durante mucho tiempo, pero tienen varias desventajas. Además, los modelos animales no son adecuados para los trastornos genéticos debido a las diferencias genéticas. Ahora, las células madre humanas (embrionarias y pluripotentes inducidas) se utilizan cada vez más para modelar enfermedades humanas.  

Se han realizado con éxito modelos de enfermedades utilizando células iPSC humanas para diversas afecciones , como esclerosis lateral, trastornos sanguíneos, diabetes, enfermedad de Huntington, atrofia muscular espinal, etc. Existen numerosos modelos de células iPSC humanas para enfermedades neurológicas, cardiopatías congénitas y otros trastornos genéticos.

Sin embargo, el modelo iPSC humano de albinismo no estuvo disponible hasta el 11 de enero de 2022, cuando los científicos del Instituto Nacional del Ojo (NEI), que forma parte de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), informaron sobre el desarrollo de un modelo in vitro basado en iPSC humano para albinismo oculocutáneo (OCA) 

El albinismo oculocutáneo (OCA) es un trastorno genético que afecta la pigmentación de los ojos, la piel y el cabello. Los pacientes presentan problemas oculares como disminución de la agudeza visual corregida, reducción de la pigmentación ocular, anomalías en el desarrollo de la fóvea y/o cruce anómalo de las fibras del nervio óptico. Se cree que mejorar la pigmentación ocular podría prevenir o revertir algunos de los defectos visuales.

Los investigadores desarrollaron un modelo in vitro para estudiar los defectos de pigmentación en el epitelio pigmentario de la retina (EPR) humano y demostraron que el tejido del EPR derivado in vitro de pacientes reproduce los defectos de pigmentación observados en el albinismo. Esto resulta muy interesante, dado que los modelos animales de albinismo no son adecuados y existen pocas líneas celulares humanas para estudiar la melanogénesis y los defectos de pigmentación. Las células iPSC OCA1A y OCA2 derivadas de pacientes, desarrolladas en este estudio, pueden constituir una fuente renovable y reproducible de células para la producción de tipos celulares y/o tisulares específicos. Los tejidos OCA y el EPR OCA derivados in vitro permitirán una comprensión más profunda de la formación de melanina, la identificación de moléculas implicadas en los defectos de pigmentación y la exploración de diferencias moleculares y/o fisiológicas.

Este es un paso adelante muy significativo hacia el objetivo del tratamiento de las afecciones relacionadas con el albinismo oculocutáneo (OCA).  

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Referencias:  

1. Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Células madre pluripotentes en el modelado de enfermedades y descubrimiento de fármacos. Nat Rev Mol Cell Biol 17, 170–182 (2016). https://doi.org/10.1038/nrm.2015.27 

2. Chamberlain S., 2016. Modelado de enfermedades con iPSC humanas. Human Molecular Genetics, volumen 25, número R2, 1 de octubre de 2016, páginas R173–R181, https://doi.org/10.1093/hmg/ddw209  

3. Bai X., 2020. Modelado de enfermedades basado en células madre y terapia celular. Células 2020, 9(10), 2193; https://doi.org/10.3390/cells9102193  

4. Jorge A, et al 2022. Modelado de enfermedades in vitro del albinismo oculocutáneo tipo I y II utilizando epitelio pigmentario de la retina derivado de células madre pluripotentes inducidas por humanos (2022). Informes de células madre. Volumen 17, Número 1, P173-186, 11 de enero de 2022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2021.11.016 

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