Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου Johns Hopkins ανακάλυψαν πώς οι άνθρωποι αναπτύσσουν ευκρινή κεντρική όραση πριν από τη γέννηση, ανιχνεύοντας μια προσεκτικά χρονομετρημένη αλληλεπίδραση μεταξύ ενός μορίου που προέρχεται από τη βιταμίνη Α και των ορμονών του θυρεοειδούς στον αμφιβληστροειδή. Η ανακάλυψη αμφισβητεί μια εξήγηση δεκαετιών για το πώς σχηματίζονται τα αρχικά κύτταρα που ανιχνεύουν το φως και θα μπορούσε να καθοδηγήσει μελλοντικές θεραπείες για την εκφύλιση της ωχράς κηλίδας, το γλαύκωμα και άλλες ασθένειες που βλάπτουν την όραση.
Η μελέτη, η οποία βασίστηκε σε εργαστηριακό ιστό αμφιβληστροειδούς, δημοσιεύτηκε Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.
Οι αμφιβληστροειδής που έχουν αναπτυχθεί στο εργαστήριο αποκαλύπτουν πώς σχηματίζεται η αιχμηρή όραση
“Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα για την κατανόηση της εσωτερικής λειτουργίας του πρώτου αμφιβληστροειδούς, ενός σημαντικού τμήματος του ματιού και σε άτομα με εκφύλιση της ωχράς κηλίδας”, δήλωσε ο Robert J. Johnston Jr., αναπληρωτής καθηγητής βιολογίας στο Johns Hopkins που ηγήθηκε της μελέτης. «Κατανοώντας καλύτερα αυτήν την περιοχή και αναπτύσσοντας οργανοειδή που μιμούνται τη λειτουργία της, ελπίζουμε μια μέρα να αναπτύξουμε αυτούς τους ιστούς και να τους μεταμοσχεύσουμε για να αποκαταστήσουμε την όραση».
Για να διερευνήσουν πώς αναπτύσσεται το ανθρώπινο μάτι, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν οργανοειδή, μικρές ομάδες ιστών που αναπτύχθηκαν από εμβρυϊκά κύτταρα που μιμούνται στενά μέρη του αμφιβληστροειδούς. Μετά από μήνες παρατήρησης αυτών των αμφιβληστροειδών που αναπτύχθηκαν στο εργαστήριο, η ομάδα εντόπισε τα κυτταρικά συμβάντα που διαμορφώνουν το βοθρίο, τη μικροσκοπική περιοχή στο κέντρο του αμφιβληστροειδούς που είναι υπεύθυνη για την πιο ευκρινή όραση.
Η έρευνα επικεντρώθηκε στους κωνικούς φωτοϋποδοχείς, τα κύτταρα που ανιχνεύουν το φως που παρέχουν την ώρα της ημέρας και την έγχρωμη όραση. Αυτά τα κύτταρα τελικά εξελίσσονται σε μπλε, πράσινους ή κόκκινους κώνους, καθένας από τους οποίους ανταποκρίνεται σε διαφορετικά μήκη κύματος φωτός. Αν και το βοθρίο αποτελεί μόνο ένα μικρό μέρος του αμφιβληστροειδούς, αντιπροσωπεύει περίπου το ήμισυ της ανθρώπινης οπτικής αντίληψης. Σε αντίθεση με τον υπόλοιπο αμφιβληστροειδή, όπου υπάρχουν και οι τρεις τύποι κώνων, η βοθρίδα περιέχει μόνο κόκκινους και πράσινους κώνους.
Ένας εκπληκτικός μετασχηματισμός κώνων κυττάρων
Οι άνθρωποι είναι ασυνήθιστο να έχουν τρεις διαφορετικούς τύπους κώνων που μαζί επιτρέπουν ένα ευρύ φάσμα χρωματικής όρασης. Το πώς ακριβώς αναπτύσσεται αυτό το εξειδικευμένο μοτίβο παραμένει μυστήριο για δεκαετίες. Σύμφωνα με τον Johnston, οι επιστήμονες δυσκολεύτηκαν να μελετήσουν αυτή τη διαδικασία επειδή τα κοινά ερευνητικά ζώα όπως τα ποντίκια και τα ψάρια δεν παράγουν την ίδια σειρά κυττάρων φωτοϋποδοχέων.
Τα νέα ευρήματα υποδηλώνουν ότι το μοτίβο του βοθρίου κώνου καθορίζεται από μια συντονισμένη αλληλουχία γεγονότων νωρίς στην εμβρυϊκή ανάπτυξη. Μεταξύ 10 και 12 εβδομάδων, εμφανίζεται ένας μικρός αριθμός μπλε κώνων στο αναπτυσσόμενο βοθρίο. Μέχρι τις 14 εβδομάδες, ωστόσο, αυτά τα κύτταρα έχουν μετατραπεί σε κόκκινους και πράσινους κώνους.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αυτό συμβαίνει μέσω δύο ξεχωριστών διαδικασιών. Πρώτον, το ρετινοϊκό οξύ, ένα μόριο που προέρχεται από τη βιταμίνη Α, διασπάται, μειώνοντας το σχηματισμό νέων μπλε κώνων. Στη συνέχεια, οι ορμόνες του θυρεοειδούς μετατρέπουν τους υπόλοιπους μπλε κώνους σε κόκκινους και πράσινους κώνους.
“Πρώτον, το ρετινοϊκό οξύ βοηθά στον καθορισμό του προτύπου. Στη συνέχεια, η θυρεοειδική ορμόνη παίζει ρόλο στον μετασχηματισμό των υπόλοιπων κυττάρων”, είπε ο Johnston. «Είναι πολύ σημαντικό γιατί αν έχεις αυτόν τον μπλε κώνο εκεί, δεν μπορείς να δεις επίσης».
Αμφισβήτηση μιας μακροχρόνιας θεωρίας
Τα ευρήματα παρέχουν μια νέα εξήγηση για ένα ερώτημα που προβληματίζει τους ερευνητές της όρασης εδώ και δεκαετίες. Η επικρατούσα θεωρία πρότεινε ότι οι μπλε κώνοι σχηματίστηκαν στο κέντρο του αμφιβληστροειδούς και αργότερα μετανάστευσαν προς τα έξω. Αντίθετα, τα νέα στοιχεία δείχνουν ότι αυτά τα κύτταρα παραμένουν στη θέση τους, αλλά αλλάζουν την ταυτότητά τους σε κόκκινους και πράσινους κώνους, δημιουργώντας εξειδικευμένα συστήματα απαραίτητα για ευκρινή όραση.
“Πριν από περίπου 30 χρόνια, το κορυφαίο μοντέλο στον τομέα ήταν ότι κατά κάποιο τρόπο οι λίγοι μπλε κώνοι που λαμβάνετε σε αυτήν την περιοχή απλώς ξεφεύγουν από το δρόμο, αυτά τα κύτταρα καθορίζουν τι θα είναι και θα είναι για πάντα αυτός ο τύπος κυττάρου”, είπε ο Johnston. “Δεν μπορούμε να το αποκλείσουμε ακόμα, αλλά τα δεδομένα μας υποστηρίζουν ένα διαφορετικό μοντέλο. Αυτά τα κύτταρα στην πραγματικότητα μεταμορφώνονται με την πάροδο του χρόνου, κάτι που είναι πραγματικά εκπληκτικό.”
Δυνατότητα για μελλοντική αποκατάσταση της όρασης
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτά τα ευρήματα μπορεί τελικά να υποστηρίξουν νέες προσεγγίσεις για τη θεραπεία της απώλειας όρασης. Η ομάδα του Johnston συνεχίζει να βελτιώνει τα οργανοειδή του αμφιβληστροειδούς έτσι ώστε να μοιάζουν περισσότερο με τη λειτουργία του ανθρώπινου αμφιβληστροειδούς. Καλύτερα μοντέλα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να δημιουργήσουν υγιή κύτταρα φωτοϋποδοχέα για μελλοντικές θεραπείες κυτταρικής αντικατάστασης που στοχεύουν ασθένειες όπως η εκφύλιση της ωχράς κηλίδας, για την οποία επί του παρόντος δεν υπάρχει θεραπεία.
“Ο στόχος της χρήσης αυτής της οργανοειδούς τεχνολογίας είναι να δημιουργηθεί τελικά ένας σχεδόν τεχνητός πληθυσμός φωτοϋποδοχέων. Μια μεγάλη δυνατότητα είναι η θεραπεία μεταμόσχευσης κυττάρων που μπορεί να εισάγει υγιή κύτταρα που μπορούν να επανενσωματωθούν στο μάτι και ενδεχομένως να αποκαταστήσουν τη χαμένη όραση”, δήλωσε ο Hussey, ο οποίος είναι τώρα μοριακός και κυτταρικός βιολόγος στην εταιρεία κυτταροθεραπείας CiRC BioSygoscience. “Αυτές είναι πολύ μακροχρόνιες δοκιμές και φυσικά πρέπει να βελτιστοποιήσουμε τις μελέτες ασφάλειας και αποτελεσματικότητας πριν μετακομίσουμε στην κλινική. Αλλά είναι ένα βιώσιμο ταξίδι.”
