W siatkówkach ludzkich oczu czopki to komórki fotoreceptorowe odpowiedzialne za widzenie kolorów, widzenie w świetle dziennym i dostrzeganie drobnych szczegółów. Jako naukowcy zajmujący się okulistyką z Oddziału Eksperymentalnych Terapii Siatkówki Szkoły Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu Pensylwanii, Gustavo D. Aguirre i William A. Beltran od dziesięcioleci pracują nad zidentyfikowaniem przyczyn dziedzicznych chorób siatkówki. Wcześniej wykazali, że mogą odzyskać brakującą funkcję czopków poprzez ponowne wprowadzenie kopii normalnego genu do komórek fotoreceptorów.
Choroby siatkówki dotykają zarówno ludzi, jak i psy, a nowe badanie widzenia w świetle dziennym na psim modelu dostarcza kluczowych informacji pozwalających ocenić, „czy wymiana komórek – polegająca na wprowadzeniu czopków do siatkówek tych psów – jest sukcesem” podejście do przywracania widzenia stożkowego” – mówi Beltran, profesor okulistyki z fundacji Corinne R. i Henry Bower.
On i Gustavo Aguirre współpracowali z badaczami, w tym z neurobiologiem poznawczym Geoffreyem K. Aguirre, profesorem neurologii w Perelman School of Medicine, gromadząc wiedzę na temat układu siatkówki i pomiarów mózgu. U psów z trzema różnymi rodzajami naturalnie występujących chorób siatkówki oraz u psów z prawidłowym wzrokiem naukowcy wykorzystali funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) do oceny reakcji mózgu na światło stymulujące tylko komórki czopków.
Naukowcy odkryli, że fMRI może wykryć reakcje mózgu na widzenie w świetle dziennym w zakresie informacji czarno-białych, a także informacji o kolorze, a także może zidentyfikować obszar kory wzrokowej, który reaguje na stymulację obszaru siatkówki psa, który jest bogaty w czopki i podobny do dołka ludzkiego. Odkryli również, że mogą wykorzystać fMRI do pomiaru względnego stopnia utraty widzenia w świetle dziennym. Stosując tę technikę u zwierząt z chorobą siatkówki spowodowaną mutacją w genie zwanym NPHP5, wykazali, że terapia wzmacniania genów przywraca odpowiedź kory mózgowej na stymulację czarno-białą. To sprawia, że choroba ta jest obiecującą chorobą, w przypadku której w przyszłości będą badane metody leczenia polegające na wymianie komórek fotoreceptorów.
Wyniki ich badań opublikowano w czasopiśmie Translational Vision Science & Technology. Pozostali współautorzy to Huseyin O. Taskin, były specjalista ds. badań w Penn w GKAguirre Lab i obecnie absolwent na Uniwersytecie w Toronto, oraz Jacqueline Wivel, technik weterynarii.
„Modele psów są przydatne w badaniu chorób siatkówki, ponieważ charakteryzują się one szeregiem różnych, naturalnie występujących zaburzeń genetycznych. Ostatecznym celem jest najpierw wykazanie, że zaburzenia te można leczyć u psów, a następnie przełożenie ich na ludzi” – mówi Taskin, pierwszy autor . Gustavo Aguirre mówi: „Mamy nadzieję, że skuteczne metody terapeutyczne u ludzi staną się dostępne dla weterynarzy, dzięki czemu będą mogły przynieść korzyści czworonożnemu przyjacielowi człowieka”.
Geoffrey Aguirre mówi: „Celem badania było sprawdzenie, ile informacji na temat widzenia w świetle dziennym dociera do układu wzrokowego tych psów w przypadku różnych wersji tych chorób siatkówki”. Wiedza ta jest szczególnie przydatna, mówi, ponieważ ustalenie, czy leczenie choroby siatkówki było skuteczne, wymaga wiedzy na temat stopnia widzenia przed leczeniem.
Beltran twierdzi, że ten artykuł pokazuje, że terapia genowa może przywrócić funkcję czopków, ponieważ uwzględnia model zwierzęcy bez funkcji czopków i wykazuje poprawę. Wyjaśnia, że w chorobie spowodowanej mutacją NPHP5 szyszki są obecne, ale nie funkcjonują. Zwierzęta chore na tę chorobę rodzą się ślepe w dzień, ale początkowo mają pewne widzenie w nocy, chociaż pręciki – fotoreceptory umożliwiające widzenie w nocy – obumierają po kilku miesiącach, przez co psy stają się całkowicie ślepe w ciągu roku.
W poprzednich badaniach mierzono reakcje na bodźce za pomocą elektroretinografii i testów zachowania wzrokowego, co według Beltrana może wymagać tygodni, jeśli nie miesięcy szkolenia psów. Geoffrey Aguirre twierdzi, że wykorzystanie fMRI w tym badaniu jest istotne, ponieważ jest szybsze i łatwiejsze niż pomiar zachowania, a także nie jest inwazyjne. Taskin zauważa również, że ani testy zachowania wzrokowego, ani elektroretinografia nie dają pewności co do tego, co dzieje się w korze wzrokowej.
Wcześniejsze badanie wykazało, że terapia genowa siatkówki w przypadku zaburzenia ślepoty zwanego wrodzoną ślepotą Lebera jest powiązana z przywróceniem odpowiedzi fMRI z kory wzrokowej psów, ale charakter tego badania oznaczał, że zarówno reakcja pręcików, jak i czopków mogła przyczynić się do aktywności korowej . Nowe badanie pogłębia wiedzę na temat chorób siatkówki poprzez specyficzną stymulację czopków.
Huseyin O. Taskin jest byłym specjalistą ds. badań na Wydziale Neurologii w Perelman School of Medicine i obecnym doktorantem nauk medycznych na Uniwersytecie w Toronto.
Jacqueline Wivel jest certyfikowanym technikiem weterynarii w Szkole Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu Pensylwanii.
Gustavo D. Aguirre jest profesorem genetyki medycznej i okulistyki na Wydziale Nauk Klinicznych i Medycyny Zaawansowanej Penn Vet.
William A. Beltran jest profesorem okulistyki Corinne R. i Henry Bower oraz dyrektorem Oddziału Eksperymentalnych Terapii Siatkówki na Wydziale Nauk Klinicznych i Medycyny Zaawansowanej Penn Vet.
Geoffrey K. Aguirre jest profesorem neurologii, zastępcą dyrektora Penn Center for Neuroscience and Society oraz zastępcą dyrektora rezydentury neurologicznej na Wydziale Neurologii w Penn Medicine.
Badanie to było wspierane przez National Eye Institute (granty R24-EY029890, RO1-EY006855, RO1-EY017549 i P30-EY001583), Fighting Blindness Canada Vision 20/20, The Foundation Fighting Blindness oraz nagrodę Low Vision Research Award od Badania mające na celu zapobieganie ślepocie / Międzynarodowa Fundacja Lions Clubs 25.