В Соединенных Штатах основная депрессия занимает 5-е место, а тревога - 13-е место из 291 болезней . В глобальном масштабе основное депрессивное расстройство (MDD) заняло 5-е место среди 10 ведущих причин инвалидности в развитых странах. В период с 1990 по 2010 год бремя нейропсихиатрических расстройств и злоупотребления психоактивными веществами увеличилось почти на 22%. Социальные и культурные факторы приводят к стигме, связанной с психическими расстройствами, что мешает пациентам получать своевременное лечение. Несмотря на большой прогресс, достигнутый в последние десятилетия, наши знания о патогенезе многих распространенных нейропсихиатрических расстройств остаются ограниченными.
Исследование ассоциации генома показывает , что психические заболевания , как правило , полигенные, с несколькими генетических вариантами способствующими повышению доли общего риска и проявлению фенотипа ( исключения составляют синдром Rett и Fragile X синдром , которые возникают из определенных моногенетических факторов риска.
Биопсии тканей головного мозга являются очень инвазивными, этически проблематичными для получения материала. Более того, постмитотические нейроны не могут быть расширены in vitro. Обычно используемые клеточные линии не применяются при изучению нейропсихатрических заболеваний, и существует лишь несколько иммортализованных линий клеток мозга. Кроме того, несколько соответствующих клеточных линий не могут полностью воспроизвести этиологию и патогенез психической болезни или генетику пациента. В настоящее время лучшим методом доступа к тканям, специфичным для пациента, является посмертный отбор проб, который обычно представляет собой поздние стадии заболевания и не дает понимания патогенеза расстройств, которые часто возникают в раннем возрасте. Кроме того, эти ткани редко представляют собой естественный тип прогрессирования заболевания, поскольку большинство пациентов получают медицинскую или психологическую помощь сразу после постановки диагноза.
В 1998 году Thomson et al. впервые была разработана техника выделения эмбриональных стволовых клеток человека (hESC) из бластоцистов. При культивировании эти клетки можно поддерживать в недифференцированном, плюрипотентном состоянии на неопределенное время, что позволяет исследователям генерировать неограниченное количество клеток. Кроме того, hESC являются плюрипотентными и, таким образом, могут дифференцироваться в любую ткань человека, включая нейроны и глию, когда они направляются через соответствующие пути ( каналы) развития. Это традиционно достигается путем выявления hESCs с помощью комбинацией факторов роста и модуляторов конкретных сигнальных путей. Эти протоколы могут генерировать типы клеток-предшественников по спектру развития и типам взрослых клеток различной зрелости. Следовательно, эмбриональные стволовые клетки человека ( hESC ) "открыли дверь" для исследования раннего развития человека и понимания молекулярных механизмов клеточной дифференциации. Однако необходимость собирать эти клетки из человеческих эмбрионов вызвала значительные этические споры. Эта проблема была разрешена Нобелевской премией за то открытие , согласно которому взрослые соматические клетки могут быть перепрограммированы в клетки с эмбриональными свойствами стволовых клеток путем введения всего лишь четырех специфических факторов транскрипции. Эти клетки называются индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (iPSCs).
Быстро растущая область исследований продвинула поколение iPSC и позволила получить их от фибробластов пациентов, кератиноцитов, волосяного фолликула, периферической крови и, вероятно, большинства других типов клеток. Вирусные векторы, первоначально используемые для доставки факторов перепрограммирования, приводили к потенциально вредным геномным нарушениям вследствие вирусной интеграции. Для решения этой проблемы обычно используются вирусы, плазмиды или малые молекулы, свободные от интеграции. Выделение iPSCs остается длительным и трудоемким процессом в связи с изменчивостью между линиями iPSC. Современный подход решает некоторых из этих проблем с помощью полностью автоматизированной системы перепрограммирования роботизированных клеток , которая может позволить генерировать большие когорты специфических для пациента iPSC.
Одним из основных преимуществ технологии iPSC для моделирования заболеваний человека является то, что iPSC содержат весь генетический фон донора, что делает технологию особенно подходящей для изучения заболеваний, вызванных определенными генетическими ошибками. Однако один недостаток заключается в том, что эпигенетическая память стирается во время процесса перепрограммирования. Это создает проблему для изучения нейропсихиатрических расстройств, на которые в значительной степени влияют факторы окружающей среды, которые, оставляющие свой след через эпигенетические модификации.
"Сестра-технология" традиционного метода перепрограммирования iPSC, называемая трансдифференцированием (или прямым перепрограммированием), обходит проблему эпигенетического влияния ("стирания") с использованием факторов транскрипции, чтобы непосредственно вызвать соматическую клетку для переключения ее развития без прохождения через плюрипотентный промежуточный элемент. Этот процесс ( технология ) был использован для генерации функционально-индуцированных нейронов (iNs) непосредственно из фибробластов. Следует отметить, что трансдифференцированные клетки, по-видимому, сохраняют большую часть своего первоначального эпигенетического ландшафта . . Таким образом, генерация iNs может быть допустимой альтернативой для моделирования вызванных окружающей средой нейропсихиатрических заболеваний, предполагая, что эпигенетические изменения, присутствующие в соматических клетках пациента, таких как фибробласты кожи, имеют значение в контексте моделирования нейропсихиатрического заболевания.
На сегодняшний день технология iPSC оказалась в значительной степени успешной при моделировании и повторении различных заболеваний in vitro , разработке высокопроизводительного скрининга (HTS) для лекарственных средств, тестирования новой и существующей токсикологии наркотических препаратов и раскрытия механизмов нейропсихиатрического заболевания. В сочетании с последними достижениями в области технологий редактирования генома iPSC стали еще более мощным инструментом. Например, инструмент для редактирования генома CRISPR / Cas9 использовался для определения причин мутаций, вызывающих болезнь, путем их восстановления и введения. В последнее время был достигнут прогресс в моделировании генетически сложных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, с помощью комбинации CRISPR / Cas9, исследований в области генома и эпигенетики с iPSC для решения вопроса о роли некодирующего варианта. Кроме того, CRISPR / cas9 может быть использован для изучения вариантов кодирования (экспрессированные из эндогенных локусов и исследовать функции отдельных вариантов через изогенное управление). Следовательно, эта технология обещает ускорить прецизионную медицину, стратификацию пациентов и клеточные методы лечения. Технология iPSC предлагает большой потенциал для преодоления многих препятствий, которые в настоящее время замедляют прогресс в понимании и лечении психических заболеваний.
Технология индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) предлагает новый подход для моделирования генетического вклада в лечение психических расстройств и дает доступ к конкретным клеткам для открытия новых лекарств и следования персонализированной медицине.
Добавить комментарий