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La mappa delle cellule retiniche potrebbe far avanzare terapie precise per le malattie accecanti

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Utilizzando l’intelligenza artificiale, i ricercatori hanno analizzato l’RPE da nove donatori e identificato cinque sottopopolazioni di RPE. Queste popolazioni sono lungo uno spettro in termini di area cellulare, proporzioni, esagonalità e numero di vicini. L’RPE foveale (P1) richiesto per la visione centrale tende ad essere esagoni perfetti e sono strettamente imballati insieme. Gli RPE periferici (P5) sono esagoni meno perfetti e sono più distribuiti. Credito: Davide Ortolan, Ph.D.

I ricercatori hanno identificato differenze distinte tra le cellule che compongono un tessuto nella retina che è vitale per la percezione visiva umana. Gli scienziati del National Eye Institute (NEI) hanno scoperto cinque sottopopolazioni di epitelio pigmentato retinico (RPE), uno strato di tessuto che nutre e supporta i fotorecettori sensibili alla luce della retina. Usando l’intelligenza artificiale, i ricercatori hanno analizzato le immagini di RPE a risoluzione unicellulare per creare una mappa di riferimento che localizzi ogni sottopopolazione all’interno dell’occhio. Una relazione sulla ricerca pubblicata in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.

“Questi risultati forniscono un quadro unico nel suo genere per comprendere le diverse sottopopolazioni di cellule RPE e la loro vulnerabilità alle malattie della retina e per lo sviluppo di terapie mirate per curarle”, ha affermato Michael F. Chiang, MD, direttore del NEI, in parte degli Istituti Nazionali di Sanità.

“I risultati ci aiuteranno a sviluppare terapie cellulari e geniche più precise per specifiche malattie degenerative dell’occhio”, ha affermato il ricercatore principale dello studio, Kapil Bharti, Ph.D., che dirige la sezione NEI Ocular and Stem Cell Translational Research.

La visione inizia quando la luce colpisce i fotorecettori a bastoncello e cono che rivestono la retina nella parte posteriore dell’occhio. Una volta attivati, i fotorecettori inviano segnali attraverso una complessa rete di altri neuroni retinici che convergono al nervo ottico prima di viaggiare in vari centri del cervello. L’RPE si trova sotto i fotorecettori come un monostrato, profondo una cella.

L’età e la malattia possono causare cambiamenti metabolici nelle cellule RPE che possono portare alla degenerazione dei fotorecettori. L’impatto sulla vista di questi cambiamenti RPE varia notevolmente in base alla gravità e al punto in cui le cellule RPE risiedono all’interno della retina. Ad esempio, la degenerazione retinica a esordio tardivo (L-ORD) colpisce principalmente la retina periferica e, quindi, la visione periferica. La degenerazione maculare legata all’età (AMD), una delle principali cause di perdita della vista, colpisce principalmente le cellule RPE nella macula, che è fondamentale per la visione centrale.

Bharti e colleghi hanno cercato di determinare se esistono diverse sottopopolazioni di RPE che potrebbero spiegare l’ampio spettro dei fenotipi delle malattie della retina.

Il team ha utilizzato l’intelligenza artificiale (AI) per analizzare la morfometria delle cellule RPE, la forma esterna e le dimensioni di ciascuna cellula. Hanno addestrato un computer utilizzando immagini di RPE etichettate in modo fluorescente per analizzare l’intero monostrato di RPE umano da nove donatori di cadavere senza storia di malattie oculari significative.

Le caratteristiche della morfometria sono state calcolate per ciascuna cellula RPE, in media circa 2,8 milioni di cellule per donatore; In totale sono state analizzate 47,6 milioni di cellule. L’algoritmo ha valutato l’area di ciascuna cella, le proporzioni (larghezza all’altezza), l’esagono e il numero di vicini. Precedenti studi avevano suggerito che la funzione RPE è legata alla tenuta delle giunzioni cellulari; più è affollato, meglio è per indicare la salute cellulare.

Sulla base della morfometria, hanno identificato cinque distinte sottopopolazioni di cellule RPE, denominate P1-P5, organizzate in cerchi concentrici attorno alla fovea, che è il centro della macula e la regione più sensibile alla luce della retina. Rispetto all’RPE nella periferia, l’RPE foveale tende ad essere perfettamente esagonale e situato in modo più compatto, con un numero maggiore di cellule vicine.

Inaspettatamente, hanno scoperto che la retina periferica contiene un anello di cellule RPE (P4) con un’area cellulare molto simile all’RPE dentro e intorno alla macula.

“La presenza della sottopopolazione P4 evidenzia la diversità all’interno della periferia retinica, suggerendo che potrebbero esserci differenze funzionali tra gli RPE di cui attualmente non siamo a conoscenza”, ha affermato il primo autore dello studio, Davide Ortolan, Ph.D. assegnista di ricerca nella Sezione di ricerca traslazionale di cellule staminali e oculari NEI. “Sono necessari studi futuri per aiutarci a capire il ruolo di questa sottopopolazione”.

Successivamente, hanno analizzato l’RPE da cadaveri con AMD. L’RPE foveale (P1) tendeva ad essere assente a causa del danno della malattia e le differenze tra le cellule nelle sottopopolazioni P2-P5 non erano statisticamente significative. Nel complesso, le sottopopolazioni AMD RPE tendevano ad essere allungate rispetto alle cellule RPE non interessate da AMD.

Per testare ulteriormente l’ipotesi che diverse degenerazioni retiniche influiscano su specifiche sottopopolazioni di RPE, hanno analizzato immagini di autofluorescenza del fondo oculare a campo ultra largo di pazienti affetti da coroideremia, L-ORD o degenerazione retinica senza causa molecolare identificata. Sebbene questi studi siano stati condotti in un unico momento, hanno comunque dimostrato che diverse sottopopolazioni di RPE sono vulnerabili a diversi tipi di malattie degenerative della retina.

“Nel complesso, i risultati suggeriscono che l’IA può rilevare i cambiamenti della morfometria delle cellule RPE prima dello sviluppo di una degenerazione visibilmente apparente”, ha affermato Ortolan.

I cambiamenti morfometrici legati all’età possono anche apparire in alcune sottopopolazioni RPE prima che siano rilevabili in altre. Questi risultati aiuteranno a informare gli studi futuri utilizzando tecnologie di imaging non invasive, come l’ottica adattiva, che risolvono le cellule retiniche con dettagli senza precedenti e potrebbero essere potenzialmente utilizzate per prevedere i cambiamenti nella salute dell’RPE nei pazienti viventi.


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