Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2545410.32607/actanaturae.25454ReviewsОбзорыReview ArticleThe Potential and Application of iPSCs in Gene and Cell Therapy for Retinopathies and Optic NeuropathiesПотенциал и использование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток в генной и клеточной терапии ретинопатий и оптических нейропатийLapshinE. V.ЛапшинЕ. В.
Russian Federation
evgeniy_lapshins@list.ruGershovichJ. G.ГершовичЮ. Г.
Russian Federation
jg.gershovich@gmail.comKarabelskyA. V.КарабельскийА. В.
Russian Federation
karabelskiy.av@talantiuspeh.ruScience Center for Translational Medicine, Sirius University of Science and TechnologyНаучный центр трансляционной медицины, Научно-технологический университет «Сириус»1812202315456640809202305102023Copyright ©; 2024, Lapshin E., Gershovich J., Karabelsky A.Copyright ©; 2024, Лапшин Е.В., Гершович Ю.Г., Карабельский А.В.2024Lapshin E., Gershovich J., Karabelsky A.Лапшин Е.В., Гершович Ю.Г., Карабельский А.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/25454

This review focuses on in vitro modeling of diseases and the development of therapeutic strategies using iPSCs for the two most common types of optical pathologies: hereditary neuropathies and retinopathies. Degeneration of retinal ganglion cells and the subsequent optic nerve atrophy leads to various types of neuropathies. Damage to photoreceptor cells or retinal pigment epithelium cells causes various retinopathies. Human iPSCs can be used as a model for studying the pathological foundations of diseases and for developing therapies to restore visual function. In recent years, significant progress has also been made in creating ganglionic and retinal organoids from iPSCs. Different research groups have published data pertaining to the potential of using iPSCs for the modeling of optic neuropathies such as glaucoma, Leber hereditary optic neuropathy, etc., including in the development of therapeutic approaches using gene editing tools.

В представленном обзоре на примере двух наиболее распространенных типов патологии зрительной системы – наследственной оптической нейропатии и ретинопатии – рассмотрены in vitro моделирование этих заболеваний с использованием индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК), а также подходы к разработке терапевтических стратегий. При нейропатиях наблюдаются дегенерация ганглиозных клеток сетчатки и атрофия зрительного нерва, а при ретинопатиях поражаются фоторецепторы или клетки пигментного эпителия сетчатки. ИПСК человека могут служить моделью для изучения патологических основ этих заболеваний и механизмов восстановления зрительных функций. В последние годы достигнут значительный прогресс в создании ганглиозных и ретинальных органоидов из ИПСК, опубликованы данные о потенциале ИПСК для моделирования оптических нейропатий, таких, как глаукома, нейропатия Лебера и др., в том числе и при разработке терапевтических подходов с использованием инструментов генетического редактирования.

induced pluripotent cellsretinopathiesoptical neuropathiesretinal ganglion cellsorganoidsgene therapycell therapyиндуцированные плюрипотентные стволовые клеткиретинопатииоптические нейропатииганглиозные клетки сетчаткиорганоидыгенная терапияклеточная терапияМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian FederationСоглашение №075-10-2021-093; Проект GTH-RND-2112Takahashi K., Tanabe K., Ohnuki M., Narita M., Ichisaka T., Tomoda K., Yamanaka S. // Cell. 2007. V. 131. № 5. P. 861–872.Piao Y., Hung S.S., Lim S.Y., Wong R.C., Ko M.S. // Stem Cells Transl. Med. 2014. V. 3. № 7. P. 787–791.Hung S.S., Pebay A., Wong R.C. // J. Vis. Exp. 2015. V. 102. Р. e53174.Evans M.J., Kaufman M.H. // Nature. 1981. V. 292. № 5819. P. 154–156.Martin G.R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1981. V. 78. № 12. P. 7634–7638.Thomson J.A., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S.S., Waknitz M.A., Swiergiel J.J., Marshall V.S., Jones J.M. // Science. 1998. V. 282. № 5391. P. 1145–1147.Giacca M., Zacchigna S. // J. Control. Release. 2012. V. 161. № 2. P. 377–388.Junquera E., Aicart E. // Curr. Top. Med. Chem. 2014. V. 14. № 5. P. 649–663.Eggermann K., Gess B., Häusler M., Weis J., Hahn A., Kurth I. // Dtsch. Arztebl. Int. 2018. V. 115. № 6. P. 91–97.Paolini Sguazzi G., Muto V., Tartaglia M., Bertini E., Compagnucci C. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 24. P. 13674.Ghaffarieh A., Levin L.A. // Int. Rev. Neurobiol. 2012. V. 105. P. 1–17.Moore D.L., Goldberg J.L. // J. Neuroophthalmol. 2010. V. 30. № 4. P. 347–360.Yu D.Y., Cringle S.J., Balaratnasingam C., Morgan W.H., Yu P.K., Su E.N. // Progr. Retinal Eye Res. 2013. V. 36. P. 217–246.Cook C., Foster P. // Can. J. Ophthalmol. 2012. V. 47. № 3. P. 223–226.Quigley H.A., Broman A.T. // Br. J. Ophthalmol. 2006. V. 90. № 3. P. 262–267.Tham Y.C., Li X., Wong T.Y., Quigley H.A., Aung T., Cheng C.Y. // Ophthalmology. 2014. V. 121. № 11. P. 2081–2090.Garcia-Valenzuela E., Gorczyca W., Darzynkiewicz Z., Sharma S.C. // J. Neurobiol. 1994. V. 25. № 4. P. 431–438.Kerrigan L.A., Zack D.J., Quigley H.A., Smith S.D., Pease M.E. // Arch. Ophthalmol. 1997. V. 115. № 8. P. 1031–1035.Quigley H.A., Addicks E.M., Green W.R., Maumenee A.E. // Arch. Ophthalmol. 1981. V. 99. № 4. P. 635–649.Wong R.C.B., Lim S.Y., Hung S.S.C., Jackson S., Khan S., van Bergen N.J., De Smit E., Liang H.H., Kearns L.S., Clarke L., et al // AGING-US. 2017. V. 9. № 4. P. 1341–1350.Sladen P.E., Perdigão P.R.L., Salsbury G., Novoselova T., van der Spuy J., Chapple J.P., Yu-Wai-Man P., Cheetham M.E. // Mol. Ther. Nucl. Acids. 2021. V. 26. P. 432–443.Hambright D., Park K.Y., Brooks M., McKay R., Swaroop A., Nasonkin I.O. // Mol. Vis. 2012. V. 18. P. 920–936.Satarian L., Javan M., Kiani S., Hajikaram M., Mirnajafi-Zadeh J., Baharvand H. // PLoS One. 2013. V. 8. № 8. P. e71855.Abu-Hassan D.W., Li X., Ryan E.I., Acott T.S., Kelley M.J. // Stem Cells. 2015. V. 33. № 3. P. 751–761.Schwartz S.D., Hubschman J.P., Heilwell G., Franco-Cardenas V., Pan C.K., Ostrick R.M., Mickunas E., Gay R., Klimanskaya I., Lanza R. // Lancet. 2012. V. 379. № 9817. P. 713–720.Schwartz S.D., Regillo C.D., Lam B.L., Eliott D., Rosenfeld P.J., Gregori N.Z., Hubschman J.P., Davis J.L., Heilwell G., Spirn M., et al. // Lancet. 2015. V. 385. № 9967. P. 509–516.Hereditary retinal dystrophy. URL: https://www.barraquer.com/en/pathology/hereditary-retinal-dystrophy.Leber congenital amaurosis. URL: https://medlineplus.gov/genetics/condition/leber-congenital-amaurosis.Burnight E.R., Giacalone J.C., Cooke J.A., Thompson J.R., Bohrer L.R., Chirco K.R., Drack A.V., Fingert J.H., Worthington K.S., Wiley L.A., et al. // Mol. Ther. 2017. V. 25. № 9. P. 1999–2013.Dulla K., Aguila M., Lane A., Jovanovic K., Parfitt D.A., Schulkens I., Chan H.L., Schmidt I., Beumer W., Vorthoren L., et al. // Mol. Ther. Nucl. Acids. 2018. V. 12. P. 730–740.Leung A., Sacristan-Reviriego A., Perdigão P.R.L., Sai H., Georgiou M., Kalitzeos A., Carr A.F., Coffey P.J., Michaelides M., Bainbridge J., et al. // Stem Cell Repts. 2022. V. 17. № 10. P. 2187–2202.Chirco K.R., Chew S., Moore A.T., Duncan J.L., Lamba D.A. // Stem Cell Repts. 2021. V. 16. № 11. P. 2690–2702.Rezaie T., Child A., Hitchings R., Brice G., Miller L., Coca-Prados M., Héon E., Krupin T., Ritch R., Kreutzer D., et al. // Science. 2002. V. 295. № 5557. P. 1077–1079.Yoshida T., Ozawa Y., Suzuki K., Yuki K., Ohyama M., Akamatsu W., Matsuzaki Y., Shimmura S., Mitani K., Tsubota K., et al. // Mol. Brain. 2014. V. 7. P. 45.Bassuk A.G., Zheng A., Li Y., Tsang S.H., Mahajan V.B. // Sci. Rep. 2016. V. 6. P. 19969.Deng W.L., Gao M.L., Lei X.L., Lv J.N., Zhao H., He K.W., Xia X.X., Li L.Y., Chen Y.C., Li Y.P., et al. // Stem Cell Repts. 2018. V. 10. № 4. P. 1267–1281.Huang K.C., Wang M.L., Chen S.J., Kuo J.C., Wang W.J., Nhi Nguyen P.N., Wahlin K.J., Lu J.F., Tran A.A., Shi M., et al. // Stem Cell Repts. 2019. V. 13. № 5. P. 906–923.Foltz L.P., Howden S.E., Thomson J.A., Clegg D.O. // Int. J. Mol. Sci. 2018. V. 19. № 12. P. 4127.Buskin A., Zhu L., Chichagova V., Basu B., Mozaffari-Jovin S., Dolan D., Droop A., Collin J., Bronstein R., Mehrotra S., et al. // Nat. Commun. 2018. V. 9. № 1. P. 4234.Artero-Castro A., Long K., Bassett A., Machuca C., León M., Ávila-Fernandez A., Cortón M., Vidal-Puig T., Ayuso C., Lukovic D., et al. // Stem Cell Res. 2019. V. 34. P. 101341.Artero-Castro A., Long K., Bassett A., Ávila-Fernandez A., Cortón M., Vidal-Puig A., Jendelova P., Rodriguez-Jimenez F.J., Clemente E., Ayuso C., et al. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 4. P. 2092.Diakatou M., Dubois G., Erkilic N., Sanjurjo-Soriano C., Meunier I., Kalatzis V. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 5. P. 2607.Tang Z.H., Chen J.R., Zheng J., Shi H.S., Ding J., Qian X.D., Zhang C., Chen J.L., Wang C.C., Li L., et al. // Stem Cells Transl. Med. 2016. V. 5. № 5. P. 561–571.Sanjurjo-Soriano C., Erkilic N., Baux D., Mamaeva D., Hamel C.P., Meunier I., Roux A.F., Kalatzis V. // Mol. Ther. Methods Clin. Dev. 2019. V. 17. P. 156–173.Liu X., Lillywhite J., Zhu W., Huang Z., Clark A.M., Gosstola N., Maguire C.T., Dykxhoorn D., Chen Z.Y., Yang J. // Genes (Basel). 2021. V. 12. № 6. P. 805.Tu H.Y., Watanabe T., Shirai H., Yamasaki S., Kinoshita M., Matsushita K., Hashiguchi T., Onoe H., Matsuyama T., Kuwahara A., et al. // EBioMedicine. 2019. V. 39. P. 562–574.Zhu D., Xie M., Gademann F., Cao J., Wang P., Guo Y., Zhang L., Su T., Zhang J., Chen J. // Stem Cell Res. Ther. 2020. V. 11. № 1. P. 98.Surendran H., Nandakumar S., Reddy K.V.B., Stoddard J., Mohan K.V., Upadhyay P.K., McGill T.J., Pal R. // Stem Cell Res. Ther. 2021. V. 12. № 1. P. 70.Salas A., Duarri A., Fontrodona L., Ramírez D.M., Badia A., Isla-Magrané H., Ferreira-de-Souza B., Zapata M.Á., Raya Á., Veiga A., et al. // Mol. Ther. Methods Clin. Develop. 2021. V. 20. P. 688–702.Collin J., Zerti D., Queen R., Santos-Ferreira T., Bauer R., Coxhead J., Hussain R., Steel D., Mellough C., Ader M., et al. // Stem Cells (Dayton, Ohio). 2019. V. 37. № 5. P. 609–622.Sharma R., Khristov V., Rising A., Jha B.S., Dejene R., Hotaling N., Li Y., Stoddard J., Stankewicz C., Wan Q., et al. // Sci. Transl. Med. 2019. V. 11. № 475. P. eaat5580.