Herramienta para comprender cómo funcionan las células retinianas

Durante décadas, los científicos que esperaban comprender cómo interpreta la retina la información visual a menudo han tenido que recurrir a técnicas invasivas para diseccionar la retina de los animales en un esfuerzo por registrar la actividad de las células, pero un nuevo sistema desarrollado por Lieber, profesor de la Universidad Joshua and Beth Friedman y Jefe del Departamento de Química y Biología Química, y Guosong Hong, un becario postdoctoral que trabaja en el laboratorio de Lieber,  podría permitir rastrear cronológicamente los patrones de docenas de células en animales despiertos.

El sistema utiliza una sonda formada una malla electrónica ultraflexible desarrollada en el laboratorio de Lieber que puede inyectarse de forma no invasiva e interactuar con el tejido a nivel celular, lo que permite a los científicos registrar la actividad de una variedad de tipos de células retinianas simultáneamente durante semanas.

En un nuevo estudio, Lieber y Hong no solo demostraron que el sistema ofrece nuevas oportunidades para rastrear la actividad de las células retinianas, sino que también pudieron usar el sistema para revelar nueva información sobre cómo se comportan las células ganglionares de la retina en el curso de múltiples ciclos circadianos . El estudio se describe en un documento publicado el 29 de junio en Science , en colaboración con Joshua Sanes, el Director de Familia Paul J. Finnegan del Centro de Ciencias del Cerebro de Harvard y el Profesor Jeff C. Tarr de Biología Molecular y Celular, junto con otros autores principales Tian -Ming Fu, un antiguo estudiante graduado en el laboratorio de Lieber, y Mu Qiao, un ex estudiante graduado en el laboratorio de Sanes.

«Ahora podemos hacer cosas que antes eran un sueño», dijo Lieber sobre la técnica. «Desde la década de 1970, la única forma de medir esta entrada sensorial fundamental ha sido con procedimientos quirúrgicos invasivos para eliminar el ojo del animal, (así) creo que esto abre oportunidades completamente nuevas para la investigación de la visión. Incluso cuando estábamos documentando esto nueva metodología, pudimos encontrar nueva biología … así que creo que esta será una nueva herramienta importante que puede transformar lo que la gente pensó que podían hacer en este campo». 

La malla electrónica utilizada en el sistema fue desarrollada por Lieber y sus colegas hace varios años, y comprende una red electrónica macroporosa y ultraflexible que se puede inyectar en el tejido blando donde interactúa con el sistema nervioso a nivel de una sola neurona.

La capacidad de inyectar la malla fue clave para el desarrollo del sistema para monitorear las células ganglionares de la retina, dijo Lieber.

«Esa es una de las cosas únicas de este trabajo», dijo. «Debido a que estas mallas (sondas) son inyectables, podemos hacer algo que simplemente no es posible con las sondas rígidas, que es una implantación no coaxial. Normalmente, cuando usa una sonda, la inserta y la saca a lo largo de un único eje, pero Guosong y Tian-Ming (o Hong y Fu) desarrollaron esta técnica no coaxial para trazar la curvatura de la copa de la retina para que la malla pueda desplegarse y recubrir la retina … de modo que en última instancia podrías pensar en esto como una capa de receptor artificial».

Y debido a que los elementos electrónicos de malla similar a los tejidos interactúan con la retina a un nivel biológico, los autores pudieron rastrear la actividad de células específicas no durante horas, sino durante semanas, obteniendo una nueva percepción de los ciclos circadianos de las células durante el día.

«Lo que demostramos es que la velocidad de disparo de ciertas células cambia drásticamente en diferentes momentos del ciclo circadiano», dijo Hong. «Resumimos la actividad de diferentes células durante tres ciclos circadianos, desde el día uno hasta el día siete, y para algunas células, la tasa de activación aumentó durante el día, entre las 8 a. M. Y las 8 p. M., Pero diferentes células mostraron el comportamiento opuesto completo con mayor disparar tarifas en la noche».

Sin la malla inyectable, dijo Hong, el descubrimiento no sería posible. En parte, eso se debe a que los investigadores necesitaron monitorear las células para múltiples ciclos circadianos completos, algo que es imposible con las sondas tradicionales y rígidas.

Y aunque los investigadores habían observado previamente una mayor actividad en las células retinianas bipolares durante las horas del día, esas mediciones se basaron en la observación de grandes poblaciones de células, agregó Hong. El descubrimiento de que algunas células aumentan su actividad por la noche solo fue posible debido a la capacidad de la malla de observar y rastrear crónicamente las células individuales.

«Esta es una nueva biología que podemos ver usando esta herramienta, pero esta es solo una de muchas posibilidades», dijo Hong.

En estudios futuros, que planea colaborar con Joshua Sanes y Zhigang He, profesor de Neurología y Profesor de Oftalmología de la Facultad de Medicina de Harvard para explorar un modelo para entender el glaucoma.

«La esperanza es que algún día puedan desarrollar algún tipo de tratamiento, pero hasta que comprendan el momento en que progresa la enfermedad, no podemos saber qué está pasando», dijo Hong. «Así que ya podemos ver que hay una aplicación médica muy importante para esta herramienta con la que mucha gente se puede identificar».

En el futuro, dijo Lieber, el nuevo sistema podrá usarse para estudiar cualquier cantidad de procesos que ocurran durante el desarrollo, así como para comprender cómo el cerebro transfiere e interpreta los patrones de disparo en las células de la retina.

«Ya hemos sido capaces de medir la entrada a la retina, pero con una o dos inyecciones más, podemos medir las conexiones a la próxima estación de retransmisión en el cerebro», dijo Lieber. «Entonces podremos ver las interacciones entre estas neuronas».

Traducción: Asociación Mácula Retina.