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El mapa de células de la retina puede proporcionar un tratamiento preciso

Imagen: Usando inteligencia artificial, los investigadores analizaron el RPE de nueve donantes e identificaron cinco subpoblaciones de RPE. Estos grupos están a lo largo de un espectro en términos de área de celda, relación de aspecto, hexagonalidad y número de vecinos. El RPE foveal (P1) requerido para la visión central tiende a ser hexágonos perfectos y muy juntos. Los RPE periféricos (P5) son hexágonos menos perfectos y más difusos.
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Crédito: Crédito: David Ortulan, Ph.D.

Los investigadores han identificado diferencias claras entre las células que forman el tejido de la retina que es vital para la percepción visual humana. Científicos del Instituto Nacional del Ojo (NEI) han descubierto cinco subpoblaciones del epitelio pigmentario de la retina (EPR), una capa de tejido que nutre y apoya a los fotorreceptores sensibles a la luz de la retina. Usando inteligencia artificial, los investigadores analizaron imágenes RPE con una resolución de una sola celda para crear un mapa de referencia que ubica cada subpoblación dentro del ojo. Informe sobre la investigación publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Michael F dijo: De los Institutos Nacionales de Salud.

«Los hallazgos nos ayudarán a desarrollar terapias celulares y genéticas más precisas para enfermedades oculares degenerativas específicas», dijo el autor principal del estudio, Kapil Bharti, PhD, quien dirige la División de Investigación de Traducción de Células Madre y Ojo de NEI.

La visión comienza cuando la luz incide en los fotorreceptores de conos y bastones que recubren la retina en la parte posterior del ojo. Una vez activados, los fotorreceptores envían señales a través de una red compleja de otras neuronas retinianas que convergen en el nervio óptico antes de viajar a varios centros del cerebro. El RPE se encuentra debajo de los fotorreceptores como una monocapa con una profundidad de una celda.

La edad y la enfermedad pueden causar cambios metabólicos en las células del RPE que pueden conducir a la degeneración de los fotorreceptores. El efecto sobre la visión de estos cambios en el RPE varía mucho según la gravedad y la ubicación de las células del RPE dentro de la retina. Por ejemplo, la degeneración retiniana tardía (L-ORD) afecta predominantemente a la retina periférica y, por lo tanto, a la visión periférica. La degeneración macular relacionada con la edad (AMD), una de las principales causas de la pérdida de la visión, afecta principalmente a las células del RPE en la mácula, que es fundamental para la visión central.

Bharti y sus colegas intentaron determinar si las diferentes subpoblaciones de RPE podrían explicar el amplio espectro de fenotipos de enfermedades de la retina.

El equipo utilizó inteligencia artificial (IA) para analizar y medir la forma de una celda RPE, la forma externa y las dimensiones de cada celda. Entrenaron una computadora usando imágenes fluorescentes marcadas con RPE para analizar monocapas humanas completas de nueve donantes cadáveres sin antecedentes de enfermedades oculares significativas.

Las características de escala de forma se calcularon para cada célula RPE: en promedio, alrededor de 2,8 millones de células por donante; Se analizaron 47,6 millones de células en total. El algoritmo evaluó el área de cada celda, su relación de aspecto (ancho a alto), hexadecimal y el número de vecinos. Estudios previos indicaron que la función del RPE está relacionada con la estanqueidad de las uniones celulares. Cuanta más congestión, mejor es para indicar la salud celular.

Basándose en la morfometría, identificaron cinco subpoblaciones distintas de células RPE, denominadas P1-P5, organizadas en círculos concéntricos alrededor de la fóvea, que es el centro de la mácula y la región más sensible a la luz de la retina. En comparación con el RPE periférico, el RPE foveal tiende a ser completamente hexagonal y de posición más compacta, con un mayor número de células adyacentes.

Inesperadamente, descubrieron que la retina periférica contiene un anillo de células RPE (P4) con un área celular muy similar al RPE dentro y alrededor de la mácula.

«La presencia de la subpoblación P4 resalta la diversidad dentro de la periferia de la retina, lo que sugiere que puede haber diferencias funcionales entre el RPE de las que no somos conscientes actualmente», dijo el primer autor del estudio, Davide Ortolan, PhD. Investigador en la División de Investigación Traslacional de Ojo y Células Madre del NEI. «Se necesitan estudios futuros para ayudarnos a comprender el papel de esta subpoblación».

A continuación, analizaron el RPE de los cadáveres utilizando AMD. El RPE foveal (P1) tendió a estar ausente debido al daño de la enfermedad, y las diferencias entre las células en las subpoblaciones P2-P5 no fueron estadísticamente significativas. En general, las subpoblaciones de AMD RPE tienden a alargarse en relación con las células RPE que no se ven afectadas por AMD.

Para probar aún más la hipótesis de que las diferentes degeneraciones de la retina afectan a subpoblaciones específicas del RPE, analizaron imágenes de autofluorescencia de lecho de campo ultrarrápidas de pacientes afectados por degeneración coriorretiniana, L-ORD o retiniana sin una causa molecular identificable. Si bien estos estudios se realizaron simultáneamente, todavía muestran que diferentes subpoblaciones de RPE son susceptibles a diferentes tipos de enfermedades degenerativas de la retina.

«En general, los resultados indican que la IA puede detectar cambios en la morfometría de las células del RPE antes de que se desarrolle una degeneración aparente», dijo Ortulan.

Los cambios morfológicos relacionados con la edad también pueden aparecer en algunas subpoblaciones de RPE antes de que se detecten en otras. Estos hallazgos ayudarán a informar estudios futuros utilizando técnicas de imagen no invasivas, como la óptica adaptativa, que resuelven las células de la retina con un detalle sin precedentes y pueden usarse para predecir cambios en la salud del RPE en pacientes vivos.

El estudio fue financiado por el Programa de Investigación Intramural NEI.

Referencias:

Ortolan D, Sharma R, Volkov A, Maminishkis A, Hotaling NA, Huryn LA, Cukras C, Di Marco S, Bisti S, Bharti K. «El mapa unicelular del análisis de pigmento retinal humano ayuda en la detección de subpoblaciones con susceptibilidad a diferencial enfermedades». Publicado el 6 de mayo de 2022 en PNAS. https://doi.org/10.1073/pnas.2117553119

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Este comunicado de prensa describe un hallazgo esencial de la investigación. La investigación básica aumenta nuestra comprensión del comportamiento humano y la biología, lo cual es fundamental para desarrollar nuevas y mejores formas de prevenir, diagnosticar y tratar enfermedades. La ciencia es un proceso incremental e impredecible: cada avance de la investigación se basa en descubrimientos anteriores, a menudo de formas inesperadas. La mayoría de los avances clínicos no serían posibles sin el conocimiento de la investigación básica básica. Para obtener más información sobre la investigación básica, visite https://www.nih.gov/news-events/basic-research-digital-media-kit.

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