Pentru fotoreceptori — celulele din retină care captează lumina și inițiază vederea — cele mai importante interacțiuni cu alte celule au loc la nivelul unor structuri atât de mici, încât au rezistat multă vreme unei observări clare. Acum, oamenii de știință specializați în vedere din cadrul Diviziei de Terapii Experimentale ale Retinei (ExpeRTs) de la Facultatea de Medicină Veterinară a Universității Pennsylvania (Penn Vet) au găsit o modalitate de a vizualiza aceste structuri cu un nivel de detaliu mult mai mare.

Într-un studiu publicat în revista Investigative Ophthalmology & Visual Science, echipa Penn Vet a utilizat o tehnică avansată de imagistică denumită microscopie de expansiune a ultrastructurii (U-ExM) pentru a examina sinapsele în panglică ale fotoreceptorilor — joncțiunile specializate prin care celulele sensibile la lumină transmit informația vizuală mai departe în retină. Prin expansiunea fizică a țesutului retinian conservat și marcarea proteinelor sale, cercetătorii au reușit să cartografieze aceste structuri la scară nanometrică în moduri pe care metodele standard de imagistică adesea nu le permit, în special în cazul probelor de arhivă fixate chimic și păstrate pe perioade îndelungate.

Sinapsele în panglică sunt esențiale pentru vedere. Ele permit fotoreceptorilor să elibereze continuu neurotransmițători și să transmită semnale vizuale în condiții de lumină variabilă. Sunt însă structuri extraordinar de complexe, cu componente celulare dispuse dens, dificil de rezolvat prin microscopie optică convențională. Microscopia electronică a oferit instantanee structurale importante, dar este laborioasă și mai puțin practică pentru cartografierea moleculară extinsă. Abordarea investigatorilor oferă o nouă modalitate de studiere a acestor sinapse, cu specificitate moleculară și detaliu spațial ridicat.

Dezvăluirea arhitecturii moleculare a sinapselor fotoreceptorilor

Folosind țesut retinian de la câini — un model important de animal mare în cercetarea vederii — cercetătorii au testat 44 de anticorpi care vizează 29 de proteine asociate sinapselor în panglică. În imunomarcare standard a țesutului congelat fixat, mulți dintre aceștia au avut performanțe slabe, o problemă frecventă atunci când fixarea maschează structurile proteice pe care anticorpii trebuie să le recunoască. Cu U-ExM, compatibilitatea a crescut la aproximativ 80%, permițând echipei să vizualizeze în mod fiabil 35 din cei 44 de anticorpi testați. Cu alte cuvinte, metoda nu a îmbunătățit doar claritatea imaginii — a făcut ca o proporție mult mai mare din țesut să fie interpretabilă din punct de vedere biologic.

Această perspectivă îmbunătățită a deschis calea spre o înțelegere mult mai detaliată a modului în care sunt construite sinapsele fotoreceptorilor. Cartografiind proteinele din aceste structuri minuscule cu ajutorul U-ExM, echipa Penn Vet a reușit să rezolve aranjamente moleculare dificil de distins prin imagistică convențională și să descopere caracteristici structurale anterior greu de observat în țesutul retinian conservat. Metoda a permis, de asemenea, compararea acestor arhitecturi nanometrice între diferite tipuri de fotoreceptori și stadii de maturare retiniană, oferind un nou cadru pentru studierea modului în care circuitele sinaptice ale retinei sunt organizate în condiții de sănătate și a modului în care acestea se pot modifica în boală.

„Prima sinapsă a retinei este incredibil de mică și de dens organizată, ceea ce o face dificil de studiat cu instrumentele convenționale", a declarat Kei Takahashi, cercetător postdoctoral în laboratorul Beltran și prim-autor al lucrării. „Combinând expansiunea tisulară cu marcarea moleculară, am reușit să dezvăluim detalii structurale în probe retiniene de arhivă care anterior erau foarte greu accesibile."

Valorificarea potențialului țesutului retinian de arhivă

Deoarece metoda funcționează pe țesut de arhivă congelat, fixat în formaldehidă, ar putea fi deosebit de valoroasă pentru cercetarea translațională. Multe probe retiniene relevante clinic — inclusiv țesut de la donatori umani și țesut provenit din modele de boală la animale mari — sunt păstrate în această formă, dar au fost dificil de analizat în detaliu molecular prin metode bazate pe fluorescență. Prin îmbunătățirea accesibilității acestor probe pentru studii structurale de înaltă rezoluție, U-ExM ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine modul în care circuitele retiniene sunt alterate în degenerescență, cum răspund la terapia genică sau cum se refac după transplantul celular.

„Aceasta ne oferă un cadru practic pentru a studia modul în care sunt construite sinapsele fotoreceptorilor, cum se modifică în boală și cum se pot recupera după tratament", a declarat William Beltran, profesor titular la catedra Corinne R. și Henry Bower de Oftalmologie și autor senior al lucrării. „Este un rezultat interesant nu doar pentru neuroștiințele fundamentale, ci și pentru eforturile translaționale orientate spre prezervarea sau restaurarea vederii."

Sursa: Penn Vet