Obraz postrzegany przez nasze oczy można zaobserwować poprzez ruch komórek światłoczułych na siatkówce. Źródło: M.Wojtkowski
Światłoczułe komórki w oku — czopki i pręciki — tymczasowo zmieniają swój rozmiar, gdy są oświetlane. Polscy naukowcy niedawno wyjaśnili przyczynę tego zjawiska. To szybkie, drobne pulsowanie komórek siatkówki można obserwować w czasie rzeczywistym dzięki nowatorskiej polskiej technice obrazowania oka.
O tym przełomowym odkryciu w wywiadzie dla PAP, zbiegającym się z obchodami Dnia Oka, opowiada prof. Maciej Wojtkowski z Międzynarodowego Centrum Badań Oka (ICTER) w IChF PAN. Dzień Nauki Polskiej 19 lutego.
Siatkówka składa się z komórek światłoczułych — czopków i pręcików. Po wystawieniu na działanie światła — takiego jak kształt litery E — fotony z tego obrazu uderzają w komórki światłoczułe w siatkówce. Komórki te kurczą się na krótko, ale tylko w obszarach siatkówki, do których dotarło światło. Tak więc, patrząc z boku pod znacznym powiększeniem, można chwilowo dostrzec ten sam kształt — w tym przypadku literę E — na tle komórek siatkówki. Pozwala to na obserwację na żywo obrazu uchwyconego przez oko. Teraz polski zespół naukowców wyjaśnił na poziomie białek, co powoduje ten efekt.
Badania przeprowadzone w ośrodku ICTER, założonym i kierowanym przez prof. Macieja Wojtkowskiego, zostały opublikowane w cenionym czasopiśmie naukowym PNAS. Oznacza to znaczący postęp w kierunku wprowadzenia na rynek metody optoretinografii (ORG), opracowanej przez polski zespół. Ma ona być nieinwazyjną, bezkontaktową, szybką i obiektywną techniką diagnozowania i identyfikowania chorób oczu na wczesnym etapie. Metoda ta opiera się na rejestrowaniu zmian długości komórek siatkówki w odpowiedzi na szybkie błyski światła.
W swojej publikacji w czasopiśmie PNAS naukowcy wykazali eksperymentalnie, że pulsowanie komórek siatkówki wynika ze zmian wielkości określonego białka, PDE6, które odgrywa rolę w serii zmian zachodzących, gdy komórka pochłania światło.
Na szczęście białko to reaguje na obecność sildenafilu — powszechnie znanego jako Viagra — dobrze przebadanego składnika aktywnego. Ten lek, stosowany głównie w leczeniu zaburzeń erekcji, ostatecznie wpływa na inne białko z tej samej rodziny, PDE5, a także hamuje białko PDE6.
„Był przypadek, w którym osoba próbowała popełnić samobójstwo poprzez przedawkowanie Viagry. Przeżyła, ale później rozwinęły się u niej trwałe problemy ze wzrokiem” – opowiadał prof. Maciej Wojtkowski. Chociaż ustalono już, że ten lek na potencję wpływa na wzrok w dużych dawkach, mechanizmy tego zjawiska były wcześniej niejasne. Nowe badania dostarczają dalszych informacji na ten temat.
MYSZY NA VIAGRZE TRUDZAJĄ I ODZYSKUJĄ WZROK
W trakcie polskich badań, przedawkowanie sildenafilu zostało wywołane u zwierząt laboratoryjnych. W rezultacie białka PDE6 w ich siatkówce przestały działać na pewien czas, co doprowadziło do zmiany kształtu. Stwierdzono, że w rezultacie zwierzęta doświadczyły przejściowej ślepoty. „Wiadomo o tym z analiz aktywności kory wzrokowej” – wyjaśnił prof. Wojtkowski. Po osłabieniu działania leku komórki wzrokowe odzyskały zdolność do rozszerzania się i kurczenia, co doprowadziło do przywrócenia wzroku u zwierząt. Wykazało to, że zmiany wielkości czopków i pręcików w odpowiedzi na światło, związane z funkcjonowaniem białka PDE6, są rzeczywiście niezbędne dla widzenia.
PAKIET BIAŁKOWY
Obserwowanie zmian w kształtach poszczególnych białek w czasie rzeczywistym jest dość trudne. Jednak natura zastosowała w oku unikalny mechanizm, który polscy naukowcy wykorzystali w swoim rozwiązaniu.
Białka PDE6 są zorganizowane warstwami w zewnętrznej części światłoczułych czopków. Wypełniają różne poziomy silnie pofałdowanej elastycznej błony komórkowej. W odpowiedzi na światło w komórce zachodzi kaskada zmian. W konsekwencji białka na każdej warstwie pofałdowanej błony zmieniają swój kształt — naprzemiennie rozszerzając się i lekko kurcząc. Każda warstwa zmienia wysokość tylko minimalnie — w skali atomów. Jednak skumulowany efekt tak drobnych zmian może wynosić dziesiątki, a nawet setki nanometrów. To właśnie obserwują obecnie polscy naukowcy za pomocą swoich instrumentów w żywym oku. Kluczowa rola białek PDE6 w procesie widzenia jest już dobrze udokumentowana, co sprawia, że obserwowane zmiany długości komórek są znaczące, a nie przypadkowe.
BŁYSK W OKU
„W optoretinografii emitujemy krótkie błyski na oko. Obserwujemy te drobne — nanometrowe — zmiany w długości fotoreceptorów na siatkówce. Podczas badania możemy określić, czy fotoreceptory reagują prawidłowo na nasze sygnały i czy występują jakieś nieprawidłowości w funkcjonowaniu siatkówki” — wyjaśnił naukowiec.
Jednak aby zebrać informacje o zmianach długości komórek światłoczułych, naukowcy musieli stworzyć zupełnie nową technikę obrazowania znaną jako przestrzenno-czasowa tomografia koherentna optyczna (STOC-T). Metoda ta wykorzystuje unikalne właściwości światła odbitego od siatkówki. Oprócz oceny częstotliwości i amplitudy zmian światła odbitego od oka, bada ona również zmiany w fazie światła. Ta zdolność pozwala jej uchwycić nawet zmiany wielkości nanometrów na powierzchni oka pomiędzy błyskami. „W ten sposób widzimy to, co postrzega oko” — opisał prof. Wojtkowski. Dokładność tych obserwacji
Źródło
