Celulele vizuale din retină aflate pe moarte din cauza unor boli oculare sunt transportate în afara retinei înainte ca acest proces să aibă loc, a descoperit o echipă de oameni de ştiinţă germani.
Oamenii de ştiinţă de la Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) şi Centrul pentru Terapii Regenerative Dresden (CRTD) de la TU Dresden au descoperit într-un nou studiu că celulele cu rol în producerea vederii sunt transportate în afara retinei în unele boli oculare, înainte ca acestea să moară.
Pentru aceste cercetări, echipa a folosit retine umane miniaturale produse în laborator, aşa-numiţii organoizi retinieni.
Descoperirile au fost publicate în noul număr al revistei Nature Communications, avansând perspective de cercetare complet noi, în special în legătură cu degenerescenţa maculară legată de vârstă (DMLV).
„Acest principiu, cunoscut sub numele de ’îndepărtare celulară’, nu a fost încă studiat în bolile neurodegenerative”, spune prof. Mike Karl, care conduce grupul de cercetare.
DMLV este principala cauză pentru orbire şi pentru deficienţe vizuale severe în Germania. Se estimează că un sfert dintre persoanele cu vârsta peste 60 de ani, din această ţară, suferă de DMLV.
Macula este o regiune specială din retina umană necesară, printre altele, pentru vederea în culori de înaltă rezoluţie. În DMLV, mii de celule vizuale sensibile la lumină, aşa-numitele celule fotoreceptoare, din maculă, sunt pierdute.
„Acesta a fost punctul de plecare pentru proiectul nostru de cercetare: am observat că fotoreceptorii s-au pierdut, dar nu am putut detecta nicio moarte celulară în retină”, explică Mike Karl, care efectuează cercetări la sediul DZNE şi CRTD de la TU Dresda.
„Jumătate dintre toţi aceşti fotoreceptori au dispărut din organoidul retinian în zece zile, dar a fost evident că nu au murit în retină. Asta ne-a făcut curioşi”.
Cercetătorii au început o căutare elaborată a cauzelor, care i-a condus la un studiu din 2012 care a descris, pentru prima dată, îndepărtarea celulelor vii - ejecţia mecanică a celulelor din epitelii - realizat de ercetători de la King's College din Londra, conduşi de Jody Rosenblatt. Celulele astfel excluse mor apoi succesiv. Cercetătoarea britanică a demonstrat acest mecanism în celulele epiteliale ale rinichilor.
În noul studiu, cercetătorii au arătat într-o cercetare considerată de pionierat că aceast proces de îndepărtare al celulelor aflate pe moarte poate fi declanşat şi într-o structură mult mai complexă, cum este retina, care constă din mai multe tipuri diferite de celule, şi duce la neurodegenerarea retinei.
Interesant este că această extragere a celulelor ar putea explica îndepărtarea celulelor periferice din retina îmbătrânită şi bolnavă a pacienţilor cu DMLV şi alte boli, raportate anterior dar care nu au fost studiate în detaliu până acum.
Cercetătorii au folosit o tehnică pe care au dezvoltat-o anterior, lucrând cu organoizi retinieni - un model tridimensional asemănător retinei umane crescut în laborator din celule stem umane. Aceşti organoizi oferă unele caracteristici ale maculei umane.
(foto: imagini microscopice ale mini-retinelor cultivate în laborator, aşa-numiţii organoizi ai retinei umane. Imaginea din stânga arată o secţiune a unui organoid sănătos (de control), în timp ce imaginea din dreapta arată o secţiune al unui organoid cu modificări patologice. În dreapta, există o pierdere masivă de neuroni fotoreceptori care sunt etichetaţi cu verde. Culoarea roşie arată celulele gliale Müller patologice care nu sunt prezente în celula sănătoasă de control. Credit: Völkner et al., Nat. Com., 2022)
Echipa a putut descoperit astfel că, două substanţe descrise anterior în diferite boli neurodegenerative - proteinele HBEGF şi TNF - sunt suficiente pentru a declanşa degenerarea organoidului retinian.
În timpul acestui proces, cercetătorii au filmat organoizii în timp real printr-un procedeu de imagistică live, considerat standardul de aur pentru urmărirea celulelor.
„Am reuşit să surprindem acest proces de degenerare a fotoreceptorilor în laborator”, a explicat prof. Mike Karl. Oamenii de ştiinţă au descoperit că această îndepărtare celulară este declanşată de activarea proteinei PIEZO1, un senzor pentru forţele biomecanice.
Faptul că biomecanica poate juca un rol major în degenerarea retinei este o nouă descoperire.
„Nu se ştia că retina este un ţesut biomecanic activ, precum un muşchi. Se ştia doar că bolile sistemului nervos sunt asociate cu modificări ale formei celulelor, dar în ce măsură sunt implicaţi reglatorii biomecanici nu a făcut obiectul unor studii detaliate”, a precizat prof. Karl.
Datorită organoizilor crescuţi în laborator, echipa a reuşit să observe aceste procese într-o manieră accelerată, întrucât este nevoie de câţiva ani sau chiar decenii pentru ca fotoreceptorii să dispară la pacienţi.
Un astfel de proces ar putea fi acum reprodus în laborator în doar 40 de zile.
În etapa următoare, cercetătorii îşi propun să afle dacă acest mecanism apare şi la oameni în acelaşi mod ca şi la organoizi. Descoperirile iniţiale sugerează că acesta ar putea fi acelaşi mecanism, dar încă nu există dovezi care să ateste acest lucru
.În studiul lor, cercetătorii din Dresda au mai descoperit că anumiţi agenţi farmacologici ar putea preveni înlăturarea acestor celule într-un cadru experimental, pe un astfel de model.
Cercetătorii au folosit un venin special de şarpe pentru a bloca mecanosenzorul PIEZO1 de pe celule. Ca rezultat, nu numai că fotoreceptorii nu au fost eliminaţi, dar au fost prevenite alte modificări patologice ale retinei.
„Acest lucru ne dă speranţă pentru dezvoltarea unor viitoare tratamente preventive şi terapeutice pentru boli neurodegenerative complexe, cum este DMLV”, a concluzionat prof. Mike Karl.
Studiul a fost realizat cu implicarea DZNE şi CRTD, precum şi a Centrului Helmholtz pentru Cercetarea Mediului (UFZ).
