Obraz postrzegany przez oczy można zaobserwować poprzez aktywność komórek światłoczułych zlokalizowanych na siatkówce. Źródło: M.Wojtkowski
Światłoczułe komórki w oku — czopki i pręciki — chwilowo zmieniają swój rozmiar, gdy są oświetlane. Naukowcy z Polski niedawno wyjaśnili przyczynę tego zjawiska. To szybkie, drobne pulsowanie komórek siatkówki można obserwować w czasie rzeczywistym dzięki innowacyjnej polskiej technice obrazowania oka.
O tym przełomowym odkryciu dla badań okulistycznych opowiada w wywiadzie dla PAP prof. Maciej Wojtkowski z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER) w IChF PAN, zbiegającym się z obchodami 15. rocznicy urodzin Dzień Nauki Polskiej 19 lutego.
Siatkówka mieści światłoczułe komórki znane jako czopki i pręciki. Gdy światło błyska — na przykład w kształcie litery E — fotony z tego kształtu uderzają w światłoczułe komórki siatkówki. Komórki te ulegają krótkiemu skurczowi, ale tylko w określonych obszarach siatkówki, w których wykryto światło. Tak więc, patrząc z boku pod znacznym powiększeniem, można chwilowo zaobserwować ten sam kształt — w tym przypadku literę E — wyłaniający się z tła komórek siatkówki. W ten sposób zarejestrowany obraz oka można zobaczyć w czasie rzeczywistym. Polski zespół naukowców wyjaśnił teraz mechanizmy na poziomie białek odpowiedzialne za ten efekt.
Badania przeprowadzone w ośrodku ICTER, założonym i kierowanym przez prof. Macieja Wojtkowskiego, zostały opublikowane w cenionym czasopiśmie naukowym PNAS. To kolejny krok w kierunku wprowadzenia na rynek techniki optoretinografii (ORG), opracowanej przez polski zespół. Ta nieinwazyjna, bezkontaktowa, szybka i obiektywna metoda ma na celu diagnozowanie chorób oczu i wykrywanie chorób na wczesnym etapie, wykorzystując rejestrację zmian długości komórek siatkówki wyzwalanych przez szybkie błyski światła.
W swojej publikacji w czasopiśmie PNAS naukowcy wykazali eksperymentalnie, że pulsowanie komórek siatkówki jest spowodowane zmianami wielkości specyficznego białka PDE6, które bierze udział w sekwencji zdarzeń zachodzących, gdy komórka pochłania światło.
Co ciekawe, białko to reaguje na obecność sildenafilu — powszechnie znanego pod nazwą handlową Viagra — dobrze zbadanego związku aktywnego. Chociaż ten lek jest stosowany głównie w leczeniu zaburzeń erekcji i przede wszystkim wpływa na inne białko z tej samej rodziny, PDE5, hamuje również białko PDE6.
„Pewnego razu mężczyzna próbował popełnić samobójstwo, przedawkowując Viagrę. Przeżył, ale rozwinęły się u niego trwałe problemy ze wzrokiem” – powiedział prof. Maciej Wojtkowski. Wcześniej ustalono, że ten silny lek, w nadmiernych ilościach, wpływa na wzrok, ale mechanizm tego działania nie był jasny. Nowe badania oferują dalsze spostrzeżenia na ten temat.
MYSZY NA VIAGRZE TRUDZAJĄ I ODZYSKUJĄ WZROK
W polskich badaniach zwierzętom laboratoryjnym podano przedawkowanie sildenafilu. W rezultacie białka PDE6 w ich siatkówkach tymczasowo przestały działać, co zmieniło ich kształt. Odkryto, że w rezultacie zwierzęta doświadczyły tymczasowej ślepoty. „Wcześniej zrozumiano to dzięki analizie funkcjonalności kory wzrokowej” – wyjaśnił prof. Wojtkowski. Po ustaniu działania leku komórki wzrokowe odzyskały zdolność do rozszerzania się i kurczenia, co pozwoliło zwierzętom odzyskać wzrok. W ten sposób polscy naukowcy wykazali, że zmiany wymiarów czopków i pręcików w odpowiedzi na światło, związane z działaniem białka PDE6, są rzeczywiście niezbędne dla widzenia.
PAKIET BIAŁKOWY
Obserwowanie zmian kształtu poszczególnych białek w czasie rzeczywistym jest niemal niemożliwe. Jednak natura wykorzystała pewien mechanizm w oku, który polscy naukowcy wykorzystali w swoim rozwiązaniu.
Białka PDE6 są ułożone warstwami w zewnętrznym segmencie światłoczułych czopków. Zajmują zatem kolejne poziomy silnie pofałdowanej elastycznej błony komórkowej. Po wystawieniu na działanie światła w komórce następuje kaskada zmian. W tym momencie białka w każdej warstwie pofałdowanej błony zmieniają swoją konfigurację — naprzemiennie nieznacznie się rozszerzając i kurcząc. Wysokość każdej warstwy zmienia się nieznacznie — w skali atomów. Jednak skumulowany efekt tych drobnych zmian może być znaczący — sięgający dziesiątek, a nawet setek nanometrów. To właśnie obserwują obecnie polscy naukowcy za pomocą swoich instrumentów w żywym oku. Aktywność białek PDE6 jest już uznawana za kluczową w procesie widzenia, więc obserwowane zmiany długości komórek z pewnością nie są przypadkowe.
BŁYSK W OKU
„W optoretinografii emitujemy krótkie błyski światła w oko. Obserwujemy te bardzo niewielkie — nanometrowe — zmiany w długościach fotoreceptorów na siatkówce. Podczas badania możemy określić, czy fotoreceptory w oku reagują prawidłowo na nasze sygnały i czy występują jakieś nieprawidłowości w funkcjonowaniu siatkówki” — wyjaśnił naukowiec.
Aby zebrać dane na temat zmian długości komórek światłoczułych, naukowcy musieli opracować zupełnie nową technikę obrazowania — tzw. przestrzenno-czasową tomografię koherentną optyczną (STOC-T). Podejście to opiera się na unikalnych właściwościach światła odbitego od siatkówki. Nie tylko analizuje częstotliwość i amplitudę zmian światła odbitego od oka, ale także bada zmiany w fazie tego światła. Ta zdolność pozwala na uchwycenie nawet nanometrowych zmian na powierzchni oka pomiędzy błyskami. „W ten sposób obserwujemy
Źródło
