Клетъчната карта на ретината може да подобри прецизна терапия

изображение: Използвайки изкуствен интелект, изследователите анализираха RPE на девет донора и идентифицираха пет субпопулации на RPE. Тези популации са по протежение на спектър по отношение на площта на клетката, съотношението на страните, шестоъгълността и броя на съседите. Фовеалните RPE (P1), необходими за централно зрение, обикновено са идеални шестоъгълници и са близо един до друг. Периферните RPE (P5) са по-малко перфектни шестоъгълници и са по-разпръснати.
изглед плюс

Кредит: Кредит: Davide Ortolan, Ph.D.

Изследователите са идентифицирали ясни разлики между клетките, които изграждат тъкан в ретината, която е жизненоважна за човешкото зрително възприятие. Учени от Националния очен институт (NEI) откриха пет субпопулации от пигментен епител на ретината (RPE), слой от тъкан, който подхранва и поддържа светлочувствителните фоторецептори на ретината. Използвайки изкуствен интелект, изследователите анализираха RPE изображения с разделителна способност на една клетка, за да създадат референтна карта, която локализира всяка субпопулация в окото. Изследователски доклад, публикуван в Известия на Националната академия на науките.

„Тези резултати осигуряват първа по рода си рамка за разбиране на различните субпопулации на клетките на RPE и тяхната уязвимост към заболявания на ретината, както и за разработване на целеви терапии за тяхното лечение“, каза Майкъл Ф. Чанг, д-р, директор на NEI, част от Националния здравен институт.

„Констатациите ще ни помогнат да разработим по-прецизни клетъчни и генни терапии за специфични дегенеративни очни заболявания“, каза главният изследовател на изследването Капил Бхарти, доктор по философия, който ръководи отдела за транслационни изследвания на очните и стволовите клетки на NEI.

Зрението започва, когато светлината удари фоторецепторите на пръчката и конуса, които облицоват ретината в задната част на окото. Веднъж активирани, фоторецепторите изпращат сигнали през сложна мрежа от други неврони на ретината, които се събират в зрителния нерв, преди да пътуват до различни центрове в мозъка. RPE се намира под фоторецепторите като монослой, дълбок в една клетка.

Възрастта и заболяването могат да причинят метаболитни промени в клетките на RPE, които могат да доведат до дегенерация на фоторецепторите. Въздействието на тези промени в RPE върху зрението варира драстично в зависимост от тяхната тежест и къде се намират RPE клетките в ретината. Например, късната дегенерация на ретината (L-ORD) засяга предимно периферната ретина и по този начин периферното зрение. Свързаната с възрастта дегенерация на макулата (AMD), една от водещите причини за загуба на зрението, засяга предимно RPE клетките в макулата, което е от решаващо значение за централното зрение.

Bharti и колегите се опитаха да определят дали има различни субпопулации на RPE, които биха могли да обяснят широкия спектър от фенотипове на заболявания на ретината.

Екипът използва изкуствен интелект (AI), за да анализира морфометрията на RPE клетките, външната форма и размерите на всяка клетка. Те обучиха компютър, използвайки флуоресцентно белязани RPE изображения, за да анализират целия монослой на човешки RPE от девет трупни донора без анамнеза за значимо очно заболяване.

Морфометричните характеристики бяха изчислени за всяка RPE клетка: средно около 2,8 милиона клетки на донор; Анализирани са общо 47,6 милиона клетки. Алгоритъмът оценява площта на всяка клетка, съотношението на страните (ширина към височина), шестоъгълността и броя на съседите. Предишни проучвания предполагат, че ролята на RPE е свързана с плътността на клетъчните връзки; колкото по-пълно, толкова по-добре показва клетъчното здраве.

Въз основа на морфометрията те идентифицират пет различни субпопулации от RPE клетки, обозначени като P1-P5, подредени в концентрични кръгове около фовеята, която е центърът на макулата и най-светлочувствителният регион на ретината. В сравнение с RPE в периферията, фовеалният RPE има тенденция да бъде идеално шестоъгълен и по-компактен, с по-голям брой съседни клетки.

Неочаквано те откриха, че периферната ретина съдържа пръстен от RPE (P4) клетки с много подобна на RPE клетъчна област в и около макулата.

„Наличието на субпопулация P4 подчертава разнообразието в периферията на ретината, което предполага, че може да има функционални разлики между RPE, за които в момента не сме наясно“, каза първият автор на изследването Davide Ortolan, д-р. изследовател в секцията за транслационни изследвания на очни и стволови клетки в NEI. “Необходими са бъдещи проучвания, които да ни помогнат да разберем ролята на тази субпопулация.”

След това те анализираха RPE от трупове с AMD. Foveal RPE (P1) има тенденция да отсъства поради увреждане на заболяването и разликите между клетките в субпопулациите P2-P5 не са статистически значими. Като цяло субпопулациите на AMD RPE са склонни да бъдат удължени спрямо не-AMD RPE клетки.

За по-нататъшно тестване на хипотезата, че различните дегенерации на ретината засягат специфични субпопулации на RPE, те анализираха ултра-широкополеви фонови автофлуоресцентни изображения на пациенти, засегнати от хориодеремия, L-ORD или дегенерация на ретината без идентифицирана молекулярна причина. Въпреки че тези проучвания са направени в един момент от време, те все пак показват, че различните субпопулации на RPE са уязвими към различни видове дегенеративни заболявания на ретината.

“Като цяло резултатите показват, че AI може да открие промени в морфометрията на RPE клетките преди развитието на видима дегенерация”, каза Ортолан.

Свързаните с възрастта морфометрични промени могат също да се появят в някои субпопулации на RPE, преди да бъдат открити в други. Тези открития ще помогнат за информиране на бъдещи проучвания, използващи неинвазивни технологии за изобразяване, като адаптивна оптика, които разрешават клетките на ретината с безпрецедентни детайли и могат да се използват за прогнозиране на промени в здравето на RPE при живи пациенти.

Проучването е финансирано от Програмата за вътрешни изследвания на NEI.

Препратки:

Ortolan D, Sharma R, Volkov A, Maminishkis A, Hotaling NA, Huryn LA, Cukras C, Di Marco S, Bisti S, Bharti K. „Картографирането на една клетка на пигментния епител на ретината на ретината помага да се открият субпопулации с различна чувствителност към болести . Публикувано на 6 май 2022 г. в PNAS. https://doi.org/10.1073/pnas.2117553119

##

Това съобщение за пресата описва основни резултати от изследването. Основните изследвания увеличават нашето разбиране за човешкото поведение и биология, което е от решаващо значение за развитието на нови и по-добри начини за предотвратяване, диагностициране и лечение на болести. Науката е непредсказуем и нарастващ процес: всеки напредък в изследването се основава на предишни открития, често по неочакван начин. Повечето клинични постижения не биха били възможни без познанието за фундаментални фундаментални изследвания. За повече информация относно основните изследвания посетете https://www.nih.gov/news-events/basic-research-digital-media-kit.

NEI ръководи изследванията на федералното правителство върху зрителната система и очните заболявания. NEI подкрепя основни и клинични научни програми за разработване на лечение за запазване на зрението и за справяне със специалните нужди на хората със загуба на зрение. За повече информация посетете https://www.nei.nih.gov.

За Националните институти по здравеопазване (NIH): NIH, националната агенция за медицински изследвания, включва 27 института и центрове и е компонент на Министерството на здравеопазването и човешките услуги на САЩ. NIH е водещата федерална агенция, която провежда и поддържа основни, клинични , и транслационни медицински изследвания и проучва причини, лечения и лекове за често срещани и редки заболявания. За повече информация относно NIH и неговите програми посетете https://www.nih.gov/.

NIH…Превръщане на Discovery в здраве®


Add Comment