Se descubre un nuevo mecanismo potencial para la pérdida de visión
Las células visuales pueden no morir simplemente en algunas enfermedades, sino que son transportadas mecánicamente fuera de la retina de antemano
Gracias a las minirretinas humanas producidas en laboratorio, los investigadores pudieron observar los complejos cambios que se producen en la retina durante la degeneración macular. Esto les permitió descubrir la llamada extrusión celular como posible mecanismo de las enfermedades neurodegenerativas.
Imágenes microscópicas de minirretinas cultivadas en laboratorio, los llamados organoides de retina humana. La imagen de la izquierda muestra una sección de un organoide sano (de control), mientras que la de la derecha muestra una sección de organoide con cambios patológicos. En la derecha, hay una pérdida masiva de neuronas fotorreceptoras que están etiquetadas en verde. El color rojo muestra las células patológicas de la glía de Müller que no están presentes en el control sano.
Völkner et al., Nat. Comm., 2022
Es posible que las células visuales de la retina humana no mueran simplemente en algunas enfermedades, sino que sean transportadas mecánicamente fuera de la retina de antemano. Así lo han descubierto científicos del Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) y del Center for Regenerative Therapies Dresden (CRTD) de la Universidad Técnica de Dresde. Para su investigación, utilizaron retinas humanas en miniatura producidas en el laboratorio, los llamados organoides. En el nuevo número de la revista Nature Communications, informan de su descubrimiento, que abre el camino a enfoques de investigación completamente nuevos, especialmente en relación con la degeneración macular asociada a la edad (DMAE).
"Este principio, conocido como extrusión celular, aún no se ha estudiado en las enfermedades neurodegenerativas", afirma el profesor Mike Karl, que dirige el grupo de investigación. La DMAE es la principal causa de ceguera y discapacidad visual grave en Alemania. Se calcula que una cuarta parte de las personas mayores de 60 años padecen DMAE. La mácula es una región especial de la retina humana necesaria, entre otras cosas, para la visión en color de alta resolución. En la DMAE, miles de células visuales sensibles a la luz, las llamadas células fotorreceptoras, se pierden en la mácula.
"Este fue el punto de partida de nuestro proyecto de investigación: observamos que se pierden fotorreceptores, pero no pudimos detectar ninguna muerte celular en la retina", explica Mike Karl, que investiga en la sede de Dresde del DZNE y en el CRTD de la TU Dresden. "La mitad de los fotorreceptores desaparecieron del organoide retiniano en diez días, pero obviamente no murieron en la retina. Eso nos despertó la curiosidad".
Para los investigadores -participaron el DZNE y el CRTD, así como el Centro Helmholtz de Investigación Medioambiental (UFZ)- comenzó una elaborada búsqueda de las causas. Esto les llevó a un estudio de 2012 (doi: 10.1038/nature10999): Jody Rosenblatt, del King's College de Londres, fue el primero en describir la extrusión de células vivas, es decir, la expulsión mecánica de células de los epitelios. Las células así extruidas sólo mueren sucesivamente. Demostró este mecanismo en células epiteliales simples del riñón. Mike Karl y su equipo han demostrado ahora en su trabajo pionero que esta extrusión también puede desencadenarse en la retina, mucho más compleja y compuesta por varios tipos de células diferentes, y que conduce a la neurodegeneración. Curiosamente, esta extrusión celular podría explicar las células periféricas de las que se ha informado anteriormente en la retina envejecida y enferma de pacientes con DMAE y otras enfermedades, pero que no se habían estudiado en detalle hasta ahora.
Los investigadores utilizaron una técnica que habían desarrollado previamente: Trabajaron con los llamados organoides de la retina, un modelo tridimensional de la retina humana que se cultiva en el laboratorio a partir de células madre humanas. Estos organoides ofrecen algunas características de la mácula humana. El equipo descubrió que dos sustancias previamente descritas en diversas enfermedades neurodegenerativas -las proteínas HBEGF y TNF- son suficientes para desencadenar la degeneración en el organoide de retina.
Durante este proceso, los investigadores filmaron los organoides en tiempo real mediante la llamada imagen en vivo, considerada como el estándar de oro para el seguimiento celular. "Pudimos captar la degeneración de los fotorreceptores mediante la extrusión celular en el laboratorio", afirma Mike Karl. Los científicos descubrieron que esta extrusión se desencadena por la activación de la proteína PIEZO1, un sensor de fuerzas biomecánicas.
El hecho de que la biomecánica pueda desempeñar un papel más importante en la degeneración de la retina es un nuevo hallazgo. "No se sabe que la retina sea un tejido biomecánicamente activo como un músculo. Se sabía que las enfermedades del sistema nervioso están asociadas a cambios en la forma de las células, pero todavía no se había estudiado en detalle hasta qué punto están implicados los reguladores biomecánicos", dice Karl. Gracias a los organoides, él y su equipo pudieron observar los procesos de forma acelerada, por así decirlo: Mientras que en los pacientes los fotorreceptores tardan varios años o incluso décadas en desaparecer, ahora se pudo reproducir ese proceso en el laboratorio en sólo 40 días. En el siguiente paso, los investigadores quieren averiguar si este mecanismo se produce en los pacientes humanos del mismo modo que en los organoides. Los primeros resultados sugieren que podría tratarse del mismo mecanismo, pero aún faltan pruebas.
En su estudio, los investigadores de Dresde también descubrieron que los agentes farmacológicos podían impedir la extrusión en un entorno experimental en su modelo. Utilizaron un veneno de serpiente especial para bloquear el mecanosensor PIEZO1 de las células. Como resultado, no sólo no se expulsaron los fotorreceptores, sino que se evitaron más cambios patológicos en la retina. "Esto da esperanzas para el desarrollo de futuros tratamientos preventivos y terapéuticos para enfermedades neurodegenerativas complejas como la DMAE", resume Mike Karl.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Manuela Völkner, Felix Wagner, Lisa Maria Steinheuer, Madalena Carido, Thomas Kurth, Ali Yazbeck, Jana Schor, Stephanie Wieneke, Lynn J. A. Ebner, Claudia Del Toro Runzer, David Taborsky, Katja Zoschke, Marlen Vogt, Sebastian Canzler, Andreas Hermann, Shahryar Khattak, Jörg Hackermüller & Mike O. Karl: HBEGF-TNF induce a complex outer retinal pathology with photoreceptor cell extrusion in human organoids. Nature Communications (Oktober 2022)
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la industria de las ciencias biológicas en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de biotecnología, productos farmacéuticos y ciencias de la vida le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
