Un dispositivo de imágenes para ver la bioquímica de la visión
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La bioquímica de la visión es un proceso complejo. Las moléculas que sostienen los pigmentos visuales que nos permiten ver la realidad que nos rodea han permanecido esencialmente invisibles para los científicos durante mucho tiempo. El equipo dirigido por el Prof. Maciej Wojtkowski del Centro Internacional para la Investigación Ocular Traslacional (ICTER) ha cambiado eso, gracias a un innovador dispositivo de imágenes de última generación que han desarrollado.
Comúnmente se dice que los ojos son el espejo del alma; sin embargo, son sin duda nuestra ventana al mundo. La retina del ojo representa la primera y muy importante estación de procesamiento de la trayectoria de la luz a medida que se convierte en una imagen. Las reacciones moleculares que ocurren en la retina son cruciales para la percepción de los estímulos visuales del entorno.
Durante muchos años, los científicos y los médicos no han podido observar las moléculas presentes en el medio natural de las células fotosensibles de la retina in vivo. . El equipo de científicos dirigido por el Prof. Maciej Wojtkowski de ICTER en el Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia (IChF PAS) ha desarrollado un oftalmoscopio láser de escaneo de fluorescencia excitado de dos fotones (TPEF-SLO). Es un instrumento que notablemente permite visualizar la bioquímica de la visión en el ojo vivo en tiempo real. El Prof. Wojtkowski señala que «gracias a las estrechas colaboraciones con el bioquímico Prof. Kris Palczewski de la Universidad de California Irvine y el grupo de láser del Prof. Grzegorz Sobon de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Wroclaw, podemos demostrar rápida y efectivamente las capacidades del nuevo método de imágenes y validar su utilidad para diagnosticar la progresión de la enfermedad y el tratamiento, lo que lleva a su uso en la práctica clínica».
¿Cómo sucede que vemos?
El ojo humano es uno de los órganos más precisos de nuestro cuerpo, capaces de distinguir unos 200 colores puros. La mezcla de estos colores produce unos 17.000 tonos diferentes y, teniendo en cuenta nuestra capacidad para distinguir unas 300 intensidades de color asociadas con la intensidad de la luz, obtenemos la asombrosa cifra de 5 millones de colores percibidos.
La retina, la parte del ojo que recibe estímulos visuales, contiene células fotosensibles, conos y bastones. Los conos nos permiten ver y distinguir colores en luz brillante, mientras que los bastones son sensibles a pulsos únicos de luz visible al anochecer o de noche. Las impresiones visuales se transmiten a través del nervio óptico a la corteza visual primaria del cerebro, pero las señales que transportan las impresiones visuales son el resultado de procesos bioquímicos que ocurren en los fotorreceptores. «Simplificando, podemos decir que el ojo humano es una fábrica bioquímica cuya actividad depende de las transformaciones bioquímicas de una sola molécula, la retina. Esta molécula es indispensable para la función de los pigmentos visuales, a saber, la rodopsina en los bastones», dice el profesor Maciej Wojtkowski. .
La rodopsina, el pigmento visual en los bastones, es un receptor acoplado a proteína G sensible a la luz (GPCR). La absorción de un cuanto de radiación provoca la isomerización de 11-cis-retinal dentro del bolsillo de unión a la rodopsina y la subsiguiente hiperpolarización de las membranas de los fotorreceptores. De esta manera se inicia el impulso visual y se transmite al cerebro. Una deficiencia de vitamina A, precursora de la retina, reduce la capacidad de ver de noche, lo que se conoce como ceguera nocturna o nictalopía.
Desafortunadamente, las moléculas indispensables para mantener los pigmentos visuales son indetectables por los instrumentos científicos durante prácticamente todo el ciclo visual en humanos vivos. “Sin embargo, hay un instante en el ciclo visual en el que se pueden ver las moléculas; no podemos detectarlas con luz ultravioleta, pero podemos observarlas gracias a la llamada fluorescencia con excitación de dos fotones”, agrega el Dr. Jakub. Boguslawski, investigador principal del proyecto.
Proceso de dos fotones, paleta de colores
Las técnicas de imagen oftálmica son fundamentales en el diagnóstico de patologías retinianas. Con la tomografía óptica (OCT), la oftalmoscopia láser de barrido (SLO) y la autofluorescencia del fondo de ojo, hemos logrado avances en la comprensión de los mecanismos de las enfermedades oculares. Esta colección de tecnologías avanzadas, sin embargo, es un arsenal insuficiente para una visión completa de la química de la visión. La evaluación no invasiva de los procesos metabólicos que ocurren en las células de la retina (regeneración visual de pigmentos) es esencial para el desarrollo de futuras terapias. En el caso de la degeneración macular relacionada con la edad (AMD), que es una de las enfermedades más comunes que causan ceguera, las células dentro de una retina alterada por la enfermedad no se pueden distinguir en una etapa temprana de las células de una retina sana normal. Sin embargo, las diferencias pueden ser detectadas por marcadores bioquímicos, si estos marcadores pueden ser inducidos por fluorescencia.
Esta es la idea detrás de la imagen de fluorescencia de dos fotones (TPE). Es una técnica avanzada para medir compuestos que respaldan la función de los pigmentos visuales y no son visibles en otras pruebas.
En comparación con los métodos de imagen tradicionales basados en la fluorescencia de un solo fotón, la TPE permite que los metabolitos de la vitamina A están involucrados en la visión, como el retinol o los ésteres de retinol, para ser vistos. «El ojo es un órgano ideal para la obtención de imágenes multifotónicas», dice el profesor Wojtkowski, cuyo equipo es responsable del descubrimiento. Los tejidos oculares, como la esclerótica, la córnea y el cristalino, son muy transparentes a la luz infrarroja cercana. Esto, a su vez, penetra en los tejidos de la retina de forma no invasiva.
Las imágenes obtenidas con TPEF-SLO han confirmado que esta es una forma eficaz de ver las moléculas que sostienen la función visual. La comparación de datos de humanos con degeneración retiniana con modelos de ratón de la enfermedad reveló una acumulación rápida similar de productos de condensación de bisretinoides. «Creemos que los productos intermedios del ciclo visual y los subproductos tóxicos de esta ruta metabólica podrían medirse y cuantificarse utilizando imágenes de TPE», dice la Dra. Grazyna Palczewska, una de las principales investigadoras del proyecto.
Este instrumento de la nueva era, que permite la evaluación no invasiva del estado metabólico de la retina humana abre numerosas posibilidades terapéuticas para las enfermedades degenerativas de la retina, incluido el ensayo de nuevos fármacos. Al comprender la bioquímica de la visión y las alteraciones que ocurren en la enfermedad, los médicos podrán identificar las ubicaciones precisas de las lesiones y evaluar el impacto de la terapia. La investigación sobre TPEF-SLO se publicó en The Journal of Clinical Investigation.
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Un análogo de la vitamina A puede ayudar a tratar la retinopatía diabética Más información: Jakub Boguslawski et al, Imágenes in vivo del ojo humano usando un oftalmoscopio láser de barrido de fluorescencia excitado de dos fotones , Revista de Investigación Clínica (2021). DOI: 10.1172/JCI154218 Información de la revista: Journal of Clinical Investigation
Proporcionado por la Academia Polaca de Ciencias Cita: Un dispositivo de imágenes para ver la bioquímica de la visión (2022, 12 de enero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-imaging-device-biochemistry-vision.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.