Los investigadores han identificado claras diferencias entre las células que componen un tejido en la retina que es vital para la percepción visual humana. Los científicos del Instituto Nacional del Ojo (NEI) descubrieron cinco subpoblaciones de epitelio pigmentario de la retina (EPR), una capa de tejido que nutre y apoya los fotorreceptores sensibles a la luz de la retina. Usando inteligencia artificial, los investigadores analizaron imágenes de RPE con resolución de una sola célula para crear un mapa de referencia que ubica cada subpoblación dentro del ojo. Un informe sobre la investigación publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
«Estos resultados brindan un marco único en su tipo para comprender las diferentes subpoblaciones de células RPE y su vulnerabilidad a las enfermedades de la retina, y para desarrollar terapias dirigidas para tratarlas», dijo Michael F. Chiang, MD, director de NEI, parte de los Institutos Nacionales de Salud.
«Los hallazgos nos ayudarán a desarrollar terapias celulares y genéticas más precisas para enfermedades oculares degenerativas específicas», dijo el investigador principal del estudio, Kapil Bharti, Ph.D., quien dirige la Sección de Investigación Traslacional de Células Madre y Oculares del NEI.
La visión comienza cuando la luz incide en los fotorreceptores de conos y bastones que recubren la retina en la parte posterior del ojo. Una vez activados, los fotorreceptores envían señales a través de una red compleja de otras neuronas retinianas que convergen en el nervio óptico antes de viajar a varios centros del cerebro. El RPE se encuentra debajo de los fotorreceptores como una monocapa, de una celda de profundidad.
La edad y la enfermedad pueden causar cambios metabólicos en las células del RPE que pueden conducir a la degeneración de los fotorreceptores. El impacto en la visión de estos cambios en el RPE varía drásticamente según la gravedad y el lugar donde residen las células del RPE dentro de la retina. Por ejemplo, la degeneración retiniana de inicio tardío (L-ORD) afecta principalmente a la retina periférica y, por lo tanto, a la visión periférica. La degeneración macular relacionada con la edad (AMD), una de las principales causas de pérdida de la visión, afecta principalmente a las células RPE en la mácula, que es crucial para la visión central.
Bharti y sus colegas buscaron determinar si existen diferentes subpoblaciones de RPE que podrían explicar el amplio espectro de fenotipos de enfermedades de la retina.
El equipo utilizó inteligencia artificial (IA) para analizar la morfometría de las células del RPE, la forma externa y las dimensiones de cada célula. Entrenaron una computadora utilizando imágenes de EPR marcadas con fluorescencia para analizar la monocapa de EPR humana completa de nueve donantes cadáveres sin antecedentes de enfermedades oculares significativas.
Las características morfométricas se calcularon para cada célula RPE: en promedio, alrededor de 2,8 millones de células por donante; Se analizaron 47,6 millones de células en total. El algoritmo evaluó el área de cada celda, la relación de aspecto (ancho a alto), la hexagonalidad y el número de vecinos. Estudios anteriores habían sugerido que la función del RPE está ligada a la estanqueidad de las uniones celulares; cuanto más lleno, mejor para indicar la salud celular.
Basándose en la morfometría, identificaron cinco subpoblaciones distintas de células RPE, denominadas P1-P5, organizadas en círculos concéntricos alrededor de la fóvea, que es el centro de la mácula y la región más sensible a la luz de la retina. En comparación con el RPE en la periferia, el RPE foveal tiende a ser perfectamente hexagonal y más compacto, con un mayor número de células vecinas.
Inesperadamente, descubrieron que la retina periférica contiene un anillo de células RPE (P4) con un área celular muy similar al RPE dentro y alrededor de la mácula.
«La presencia de la subpoblación P4 resalta la diversidad dentro de la periferia de la retina, lo que sugiere que podría haber diferencias funcionales entre el RPE que actualmente desconocemos», dijo el primer autor del estudio, Davide Ortolan, Ph.D. investigador en la Sección de Investigación Traslacional de Células Madre y Oculares de NEI. «Se necesitan estudios futuros para ayudarnos a comprender el papel de esta subpoblación».
A continuación, analizaron RPE de cadáveres con AMD. El RPE foveal (P1) tendió a estar ausente debido al daño de la enfermedad, y las diferencias entre las células en las subpoblaciones P2-P5 no fueron estadísticamente significativas. En general, las subpoblaciones de AMD RPE tendieron a alargarse en relación con las células RPE no afectadas por AMD.
Para probar aún más la hipótesis de que las diferentes degeneraciones de la retina afectan a subpoblaciones específicas del RPE, analizaron imágenes de autofluorescencia de fondo de campo ultraamplio de pacientes afectados por coroideremia, L-ORD o una degeneración de la retina sin una causa molecular identificada. Si bien estos estudios se realizaron en un solo momento, aún así demostraron que diferentes subpoblaciones de RPE son vulnerables a diferentes tipos de enfermedades degenerativas de la retina.
«En general, los resultados sugieren que la IA puede detectar cambios en la morfometría de las células del RPE antes del desarrollo de una degeneración visiblemente aparente», dijo Ortolan.
Los cambios morfométricos relacionados con la edad también pueden aparecer en algunas subpoblaciones de RPE antes de que sean detectables en otras. Estos hallazgos ayudarán a informar estudios futuros que utilicen tecnologías de imágenes no invasivas, como la óptica adaptativa, que resuelven las células de la retina con un detalle sin precedentes y podrían usarse para predecir cambios en la salud del RPE en pacientes vivos.
El estudio fue financiado por el Programa de Investigación Intramural NEI.
