Un dispositivo de diagnóstico por imágenes para estudiar la bioquímica de la visión
La bioquímica de la visión es un proceso complejo. Las moléculas que sustentan los pigmentos visuales que nos permiten ver la realidad que nos rodea han permanecido durante mucho tiempo prácticamente invisibles para los científicos. El equipo dirigido por el profesor Maciej Wojtkowski, del International Centre for Translational Eye Research (ICTER), ha cambiado esta situación gracias a que han desarrollado un innovador dispositivo de diagnóstico por imágenes de tecnología punta.
Se suele decir que los ojos son el espejo del alma, pero es indudable que son nuestra ventana al mundo. La retina del ojo representa la primera y muy importante etapa de procesamiento del recorrido de la luz al convertirse en imagen. Las reacciones moleculares que se producen en la retina son cruciales para la percepción de los estímulos visuales del entorno.
Durante muchos años, los científicos y los médicos no han podido observar in vivo las moléculas presentes en el entorno natural de las células fotorreceptoras de la retina. El equipo de científicos dirigido por el profesor Maciej Wojtkowski del ICTER del Institute of Physical Chemistry, Polish Academy of Sciences (IChF PAS) ha desarrollado un oftalmoscopio láser de barrido de fluorescencia de dos fotones (TPEF-SLO). Se trata de un instrumento que permite, de forma excelente, ver la bioquímica de la visión en el ojo vivo en tiempo real.
El Prof. Wojtkowski señala que «gracias a la estrecha colaboración con el bioquímico Prof. Kris Palczewski, de la Universidad de California Irvine, y el grupo de láser del Prof. Grzegorz Sobon, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Wroclaw, podemos demostrar de forma rápida y eficaz las capacidades del nuevo método de imagen y validar su utilidad para el diagnóstico de la progresión y el tratamiento de enfermedades, lo que llevará a su uso en la práctica clínica.»
¿Cómo es posible que veamos?
El ojo humano es uno de los órganos más precisos de nuestro cuerpo, capaz de distinguir unos 200 colores puros. Al mezclar estos colores se obtienen unos 17.000 matices diferentes, y teniendo en cuenta nuestra capacidad para distinguir unas 300 intensidades de color asociadas a la intensidad de la luz, obtenemos la asombrosa cifra de 5 millones de colores percibidos.
La retina, la parte del ojo que recibe los estímulos visuales, contiene células fotorreceptoras, conos y bastones. Los conos nos permiten ver y distinguir los colores con luz brillante, mientras que los bastones son sensibles a los pulsos simples de luz visible al atardecer o de noche. Las impresiones visuales se transmiten a través del nervio óptico a la corteza visual primaria en el cerebro, pero las señales que transportan las impresiones visuales son el resultado de procesos bioquímicos que ocurren en los fotorreceptores.
«Simplificando, podemos decir que el ojo humano es una fábrica bioquímica cuya actividad depende de las transformaciones bioquímicas de una sola molécula, la retina. Esta molécula es indispensable para la función de los pigmentos visuales, concretamente la rodopsina en los bastones», afirma el profesor Maciej Wojtkowski.
La rodopsina, el pigmento visual de los bastones, es un receptor acoplado a la proteína G (GPCR) sensible a la luz. La absorción de un quantum de radiación provoca la isomerización del 11-cis-retinal dentro del ligando de unión de la rodopsina y la posterior hiperpolarización de las membranas de los fotorreceptores. De este modo se inicia el impulso visual y se transmite al cerebro. Un déficit de vitamina A, precursora del retinal, reduce la capacidad de ver por la noche, lo que se conoce como ceguera nocturna o nictalopía.
Por desgracia, las moléculas indispensables para el mantenimiento de los pigmentos visuales son indetectables por los instrumentos científicos durante prácticamente todo el ciclo visual de los seres humanos vivos.
«Sin embargo, hay un instante en el ciclo visual en el que las moléculas pueden verse; no podemos detectarlas con luz ultravioleta, pero podemos observarlas gracias a la llamada microscopía de excitación de dos fotones (TPEF o 2PEF)», añade el Dr. Jakub Boguslawski, investigador principal del proyecto.
Proceso de dos fotones, paleta de colores
Las técnicas de diagnóstico por imagen en oftalmología son fundamentales para diagnosticar patologías de la retina. Con la tomografía óptica (OCT), la oftalmoscopia láser de barrido (SLO) y la autofluorescencia del fondo de ojo se ha avanzado en la comprensión de los mecanismos de las enfermedades oculares. Sin embargo, este conjunto de tecnologías avanzadas es un arsenal insuficiente para conocer a fondo la química de la visión. La evaluación no invasiva de los procesos metabólicos que tienen lugar en las células de la retina (regeneración del pigmento visual) es esencial para el desarrollo de futuras terapias. En el caso de la degeneración macular asociada a la edad (DMAE), que es una de las enfermedades más comunes que causan ceguera, las células de una retina alterada por la enfermedad no pueden distinguirse en una fase temprana de las células de una retina sana normal. Sin embargo, las diferencias pueden captarse mediante marcadores bioquímicos, si éstos pueden ser inducidos por fluorescencia.
Esta es la idea en la que se basa la microscopía de excitación de dos fotones (TPEF o 2PEF). Se trata de una técnica avanzada para medir compuestos que apoyan la función de los pigmentos visuales y que no son visibles en otras pruebas.
En comparación con los métodos tradicionales de obtención de imágenes basados en la fluorescencia monofotónica, la TPEF permite ver los metabolitos de la vitamina A que intervienen en la visión, como el retinol o los ésteres de retinol.
«El ojo es un órgano ideal para la obtención de imágenes multifotónicas», afirma el profesor Wojtkowski, cuyo equipo es responsable del descubrimiento. Los tejidos oculares, como la esclerótica, la córnea y el cristalino, son muy transparentes a la luz infrarroja cercana. Ésta, a su vez, penetra en los tejidos de la retina de forma no invasiva.
Las imágenes obtenidas con TPEF-SLO han confirmado que se trata de una forma eficaz de ver las moléculas que sustentan la función visual. La comparación de los datos de seres humanos con degeneración de la retina con modelos de ratón de la enfermedad reveló una rápida acumulación similar de productos de condensación bisretinoides.
«Creemos que los productos intermedios del ciclo visual y los subproductos tóxicos de esta vía metabólica podrían medirse y cuantificarse utilizando imágenes de TPEF», afirma la Dra. Grazyna Palczewska, una de las principales investigadoras del proyecto.
Este instrumento de última generación, que permite evaluar de forma no invasiva el estado metabólico de la retina humana, abre numerosas posibilidades terapéuticas para las enfermedades degenerativas de la retina, incluido el ensayo de nuevos fármacos. Al comprender la bioquímica de la visión y las alteraciones que se producen en la enfermedad, los médicos podrán localizar con precisión las lesiones y evaluar el impacto de la terapia. La investigación sobre el TPEF-SLO se publicó en The Journal of Clinical Investigation.
Traducción: Asociación Mácula Retina
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