Pentru a înțelege exact cum se formează vederea centrală clară, echipa de cercetare de la Universitatea Johns Hopkins a recreat în laborator procesele care au loc înainte de naștere. Spre surprinderea lor, interacțiunea coordonată dintre acidul retinoic (un derivat al vitaminei A) și hormonii tiroidieni contrazice teoriile oftalmologice valabile de zeci de ani.
Această schimbare de paradigmă privind dezvoltarea vederii nu este doar o victorie teoretică, ci deschide calea către crearea de țesut retinian artificial pentru pacienții cu degenerescență maculară sau glaucom.
Cercetarea, care s-a bazat pe țesut retinian cultivat în laborator, a fost publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences.
Retinele cultivate în laborator dezvăluie modul în care se formează vederea clară
„Acesta este un pas esențial către înțelegerea mecanismelor interne ale centrului retinei, o parte critică a ochiului și prima care cedează la persoanele cu degenerescență maculară. Prin înțelegerea mai bună a acestei regiuni și dezvoltarea de organoide care îi imită funcția, sperăm ca într-o zi să putem cultiva și transplanta aceste țesuturi pentru a restabili vederea.”, a declarat Robert J. Johnston Jr., profesor asociat de biologie la Universitatea Johns Hopkins, care a condus cercetarea, citat de publicația Science Daily.
Pentru a investiga modul în care se dezvoltă ochiul uman, cercetătorii au folosit organoide, mici aglomerări de țesut cultivate din celule fetale care imită îndeaproape părți ale retinei. După ce au observat aceste retine cultivate în laborator timp de câteva luni, echipa a identificat procesele celulare care modelează foveola, regiunea minusculă din centrul retinei responsabilă de vederea cea mai clară.
Studiul s-a concentrat asupra fotoreceptorilor conici, celulele sensibile la lumină care asigură vederea diurnă și percepția culorilor. Aceste celule devin în cele din urmă conuri albastre, verzi sau roșii, fiecare răspunzând la lungimi de undă diferite ale luminii. Deși foveola reprezintă doar o mică porțiune a retinei, ea este responsabilă pentru aproximativ jumătate din întreaga percepție vizuală umană. Spre deosebire de restul retinei, unde sunt prezenți toți cei trei tipuri de conuri, foveola conține doar conuri roșii și verzi.
Foveola și transformarea uimitoare a celulelor fotoreceptoare
Oamenii sunt unici prin faptul că au trei tipuri diferite de conuri care, împreună, permit o gamă largă de percepție a culorilor. Modul exact în care se dezvoltă acest model specializat a rămas un mister timp de decenii. Potrivit lui Johnston, oamenii de știință s-au confruntat cu dificultăți în studierea acestui proces, deoarece animalele de laborator obișnuite, precum șoarecii și peștii, nu dezvoltă aceeași dispunere a celulelor fotoreceptoare.
Noile descoperiri sugerează că modelul conurilor din foveolă se stabilește printr-o secvență coordonată de evenimente care are loc în stadiile timpurii ale dezvoltării fetale. În săptămânile 10–12, un număr mic de conuri albastre apare în foveola în curs de dezvoltare. Până în săptămâna 14, însă, aceste celule s-au transformat în conuri roșii și verzi.
Cum ajută vitamina A vederea? Rolul acidului retinoic și al hormonilor
Cercetătorii au descoperit că acest proces are loc prin două mecanisme distincte. În primul rând, acidul retinoic, o moleculă derivată din vitamina A, este descompus, reducând formarea de noi conuri albastre. Apoi, hormonii tiroidieni determină conurile albastre rămase să se transforme în conuri roșii și verzi.
„Mai întâi, acidul retinoic ajută la stabilirea modelului. Apoi, hormonul tiroidian joacă un rol în transformarea celulelor rămase. Acest lucru este foarte important, deoarece dacă acele conuri albastre rămân acolo, nu vezi la fel de bine.”, a spus Johnston.
O teorie de lungă durată pusă sub semnul întrebării
Rezultatele oferă o nouă explicație pentru o întrebare care i-a nedumerit pe cercetătorii din domeniul vederii timp de decenii. Teoria predominantă sugera că conurile albastre se formau în centrul retinei și migrau ulterior spre exterior. În schimb, noile dovezi indică faptul că aceste celule rămân la locul lor, dar își schimbă identitatea în conuri roșii și verzi, producând dispunerea specializată necesară pentru o vedere clară.
„Modelul principal din acest domeniu, de acum aproximativ 30 de ani, era că, într-un fel, puținele conuri albastre din acea regiune pur și simplu se dau la o parte, că aceste celule decid ce vor deveni și rămân acest tip de celule pentru totdeauna. Nu putem exclude încă această ipoteză, dar datele noastre susțin un model diferit. Aceste celule se transformă de fapt în timp, ceea ce este cu adevărat surprinzător.”, a spus Johnston.
Până acum, modelul dominant în lumea științifică susținea că celulele conice albastre migrează fizic spre exteriorul retinei. Datele noi demonstrează însă că ele nu migrează, ci se transformă pe loc în conuri roșii și verzi, adaptându-se nevoilor specifice vederii umane.
Organoidele retiniene: o speranță reală în degenerescența maculară
Cercetătorii consideră că aceste descoperiri ar putea susține, în cele din urmă, noi abordări în tratarea pierderii vederii. Echipa lui Johnston continuă să-și îmbunătățească organoidele retiniene, astfel încât acestea să semene mai mult cu funcționarea retinei umane. Modele mai bune ar putea ajuta oamenii de știință să producă celule fotoreceptoare mai sănătoase pentru viitoare terapii de înlocuire celulară care vizează boli precum degenerescența maculară, pentru care nu există în prezent un tratament.
„Scopul utilizării acestei tehnologii bazate pe organoide este acela de a crea, în cele din urmă, o populație de fotoreceptoare realizată aproape la comandă. O direcție importantă cu potențial este terapia de înlocuire celulară, care vizează introducerea de celule sănătoase capabile să se reintegreze în ochi și să restabilească, eventual, vederea pierdută. Acestea sunt experimente pe termen foarte lung și, desigur, va trebui să efectuăm optimizări pentru studiile de siguranță și eficacitate înainte de a trece la faza clinică. Dar este un demers viabil.”, a declarat Katarzyna Hussey, care este în prezent biolog molecular și celular la compania de terapie celulară CiRC Biosciences din Chicago.
Deși vor fi necesari ani de optimizare clinică înainte de a testa aceste terapii pe pacienți, descifrarea modului în care vitamina A orchestrează dezvoltarea vederii rămâne un pas istoric în medicina regenerativă oftalmologică.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Cercetătorii au monitorizat 12 oameni în Antarctica timp de 10 luni — ceea ce s-a întâmplat ar putea influența viitoarele misiuni pe Marte
Aproape jumătate din cazurile de demență ar putea fi legate de factori de risc ce pot fi controlați
Două flori toxice ar putea inspira dezvoltarea unor noi medicamente
Consumând mai puține proteine, am putea încetini îmbătrânirea, sugerează analiza a peste 350 de studii
