W ramach serii odkryć, które mogą przekształcić badania nad mózgiem i wzrokiem, naukowcy ożywili wyczuwające światło komórki neuronowe w oczach dawcy narządów i przywrócili komunikację między nimi.

Miliardy neuronów w ośrodkowym układzie nerwowym przesyłają informacje czuciowe w postaci sygnałów elektrycznych; w oku wyspecjalizowane neurony znane jako fotoreceptory wyczuwają światło.

Publikując w Nature, zespół naukowców z John A. Moran Eye Center na University of Utah i współpracownicy Scripps Research opisują, w jaki sposób wykorzystali siatkówkę jako model ośrodkowego układu nerwowego do zbadania, jak umierają neurony – oraz nowe metody ożywiania ich.

„Udało nam się obudzić komórki fotoreceptorowe w plamce żółtej człowieka, która jest częścią siatkówki odpowiedzialną za widzenie centralne oraz zdolność widzenia drobnych szczegółów i kolorów” – wyjaśnia dr Fatima Abbas, naukowiec z Moran Eye Center, główny autor opublikowanego badania. „W oczach uzyskanych do pięciu godzin po śmierci dawcy narządu komórki te reagowały na jasne światło, kolorowe światła, a nawet bardzo słabe błyski światła”.

Podczas gdy wstępne eksperymenty ożywiły fotoreceptory, wydawało się, że komórki straciły zdolność komunikowania się z innymi komórkami siatkówki. Zespół zidentyfikował niedobór tlenu jako krytyczny czynnik prowadzący do utraty komunikacji.

Aby sprostać temu wyzwaniu, profesor Anne Hanneken, doktorr medycyny w Scripps Research, pozyskała oczy dawcy narządów w czasie krótszym niż 20 minut od śmierci, a naukowiec z Moran Eye Center, dr Frans Vinberg, zaprojektował specjalną jednostkę transportową, aby przywrócić natlenienie i inne składniki odżywcze do oczu dawcy narządów.

Vinberg zbudował również urządzenie do stymulacji siatkówki i pomiaru aktywności elektrycznej jej komórek. Dzięki takiemu podejściu zespół był w stanie odtworzyć specyficzny sygnał elektryczny widziany w żywych oczach, czyli „falę b”. Jest to pierwsze nagranie fali b wykonane z centralnej siatkówki pośmiertnych ludzkich oczu.

„Udało nam się sprawić, że komórki siatkówki rozmawiają ze sobą, tak jak w żywym oku, aby pośredniczyć w ludzkim widzeniu” – mówi Vinberg. „Wcześniejsze badania przywróciły bardzo ograniczoną aktywność elektryczną w oczach dawcy narządów, ale nigdy nie osiągnięto tego w plamce żółtej i nigdy w takim stopniu, jaki teraz wykazaliśmy”.

Zademonstrowany przez zespół proces można wykorzystać do badania innych tkanek neuronalnych w ośrodkowym układzie nerwowym. Jest to transformacyjny postęp techniczny, który może pomóc naukowcom w lepszym zrozumieniu chorób neurodegeneracyjnych, w tym chorób oślepiających siatkówki, takich jak związane z wiekiem zwyrodnienie plamki żółtej.

Badanie Nature „Odrodzenie sygnalizacji świetlnej w pośmiertnej myszy i ludzkiej siatkówce” dostarczyło teraz danych z ponad 40 ludzkich oczu dawców – w tym pierwszy opis mechanizmu, który ma ograniczać szybkość ludzkiego widzenia centralnego.

Vinberg zwraca uwagę, że takie podejście może obniżyć koszty badań w porównaniu z badaniami na naczelnych innych niż ludzie i uniezależnić od modeli zwierzęcych, które dają wyniki, które nie zawsze mają zastosowanie do ludzi. Chociaż myszy są powszechnie używane w badaniach wzroku, nie mają plamki żółtej. Naukowcy mogą również testować potencjalne nowe terapie na funkcjonowanie ludzkich komórek oka, przyspieszając opracowywanie leków.

„Społeczność naukowa może teraz badać ludzki wzrok w sposób, który po prostu nie jest możliwy w przypadku zwierząt laboratoryjnych” – mówi Vinberg. „Mamy nadzieję, że zmotywuje to stowarzyszenia dawców narządów i banki oczu, pomagając im zrozumieć ekscytujące nowe możliwości, jakie oferuje ten rodzaj badań”.

Hanneken, który jest również wieloletnim chirurgiem siatkówkowym związanym ze szpitalem Scripps Memorial Hospital La Jolla, powiedział, że zdolność do wytwarzania żywotnych plastrów ludzkiej tkanki siatkówki może prowadzić do nowych terapii chorób oślepiających.

„Do tej pory nie było możliwe, aby komórki w różnych warstwach centralnej siatkówki komunikowały się ze sobą w sposób, w jaki normalnie robią to w żywej siatkówce” – powiedział Hanneken. „W przyszłości będziemy mogli wykorzystać to podejście do opracowania terapii poprawiających widzenie i sygnalizację świetlną w oczach z chorobami plamki żółtej, takimi jak związane z wiekiem zwyrodnienie plamki żółtej”.

Badanie Nature łączy się z nauką podnoszącą pytania o nieodwracalną naturę śmierci, częściowo definiowaną przez nieodwracalną utratę aktywności neuronalnej. Naukowcy z Yale University trafili na nagłówki gazet, kiedy ożywili pozbawione ciała mózgi świń cztery godziny po śmierci, ale nie przywrócili globalnej aktywności neuronalnej.

Źródło: sciencedaily.com