Клетъчната карта на ретината може да подобри прецизната 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, шестоъгълника и броя на съседите. Фовеалните RPE (P1), необходими за централно зрение, обикновено са перфектни шестоъгълници и плътно опаковани заедно. Периферните RPE (P5) са по-малко съвършени и по-разпръснати шестоъгълници.
да видиш След

Кредит: Кредит: Davide Ortolan, Ph.D.

Изследователите са идентифицирали различни разлики между клетките, които изграждат тъканта на ретината, която е жизненоважна за човешкото зрително възприятие. Учените от Националния очен институт (NEI) откриха пет субпопулации от пигментния 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 открития осигуряват уникална рамка за разбиране на различни субпопулации на RPE клетки и тяхната чувствителност към заболявания на ретината, както и за разработване на целеви терапии за тяхното лечение“, каза директорът на NEI Майкъл Ф. Чианг, доктор по медицина, част от Националния институт по здравеопазване.

“Резултатите 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 изследване на транслацията на клетките. очи и щамове на NEI.

Зрението започва, когато светлината удари пръчковидни и конусообразни фоторецептори, 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 върху зрението на тези промени в RPE варира в широки граници в зависимост от тежестта и къде се намират RPE клетките в ретината. Например, късната дегенерация на ретината (L-ORD) засяга предимно периферната ретина и следователно периферното зрение. Свързаната с възрастта дегенерация на макулата (AMD), една от водещите причини за загуба на зрението, засяга предимно RPE клетките в макулата, които са от решаващо значение за централното зрение.

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

Екипът използва изкуствен интелект (AI), за да анализира морфометрията на клетките на RPE, 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 приблизително 2,8 милиона клетки на донор; Общо бяха анализирани 47,6 милиона клетки. Алгоритъмът оценява площта на всяка клетка, съотношението на страните (ширина към височина), шестоъгълника и броя на съседите. Предишни проучвания предполагат, че функцията на RPE е свързана с плътността на клетъчните връзки; колкото повече хора, толкова по-добре да се покаже клетъчното здраве.

Въз основа на морфометрията те идентифицират пет отделни субпопулации от RPE клетки, наречени P1-P5, организирани в концентрични кръгове около фовеята, която е центърът на макулата и най-светлочувствителният регион на ретината. В сравнение с периферния RPE, фовеалният RPE има тенденция да бъде идеално шестоъгълен и по-компактно разположен, с по-голям брой съседни клетки.

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

„Присъствието на субпопулацията 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 асоцииран изследовател в отдела за транслационни изследвания на очните и стволови клетки на NEI. “Необходими са бъдещи проучвания, които да ни помогнат да разберем ролята на тази подпопулация.”

След това те анализираха EPR на 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 в сравнение с RPE клетките, незасегнати от AMD.

За по-нататъшно тестване на хипотезата, че различните дегенерации на ретината засягат специфични субпопулации на RPE, те анализираха ултра-широкополни автофлуоресцентни изображения на очното дъно на пациенти с хориодеремия, L-ORD или дегенерация на ретината без идентифицирана молекулярна причина. Въпреки че тези проучвания са проведени по едно време, те все пак показват, че различните субпопулации на RPE са уязвими към различни видове дегенеративни заболявания на ретината.

“Като цяло резултатите предполагат, че AI може да открие промени в морфометрията на RPE клетките преди развитието на видимо 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 потенциално могат да бъдат използвани 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. „Карта с разделителна способност на една клетка на човешкия ретинален пигментен епител разкрива 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 основен резултат от изследването. Основните изследвания подобряват нашето разбиране за човешкото поведение и биология, което е от основно 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 изследванията се основава на минали открития, често по неочаквани начини. Повечето клинични постижения не биха били възможни без познанието за фундаментални фундаментални изследвания. За да научите повече за 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 посрещане на специалните нужди на хора със загуба на зрение. За повече информация посетете https://www.nei.nih.gov.

За Националните здравни институти (NIH): NIH, националната агенция за медицински изследвания, се състои от 27 института и центъра и е част от Министерството на здравеопазването и човешките услуги на САЩ. NIH е основната федерална агенция, която провежда и подкрепя основни, клинични и транслационни медицински изследвания и изучава причините, лечението и лековете за често срещани и редки заболявания. За повече информация относно NIH и неговите програми посетете https://www.nih.gov/.

NIH… Трансформиране на Discovery в здраве®


Add Comment