miércoles, 31 de octubre de 2018

La percepción del color por la retina




Mediante el  cultivo en laboratorio de retinas humanas, podemos conocer como el ojo desarrolla la visión del color



Lab-Grown Human Retinas Illuminate How Eyes Develop Color Vision


La visión comienza cuando la luz rebota en las superficies y entra en nuestros ojos. Los músculos de nuestras pupilas controlan la cantidad de luz que la atraviesa, y la córnea y el cristalino doblan la luz y la enfocan en la retina, una delgada sábana de tejido cubierta por millones de neuronas sensibles a la luz, o fotorreceptores.

Estas células nerviosas, llamadas por su forma, bastones y conos, son los soportes donde la luz se convierte en señales eléctricas y luego se envía a través del nervio óptico a los centros visuales del cerebro. Un artículo publicado en la revista Science utiliza una retina generada fuera del cuerpo humano para mostrar cómo los conos se convierten en los sensores de color de los ojos.


Resultado de imagen de retina conos y cilindros


Nuestra visión diurna depende de los conos porque responden mejor a la luz brillante (a diferencia de los bastones, que son sensibles a la iluminación tenue). Las células en forma de pirámide se diferencian en tres tipos: azul, verde y rojo, cada una con el nombre de los colores de la luz que son capaces de detectar. Necesitamos los tres para percibir los muchos tonos en nuestro entorno. La causa más común de la ceguera al color, que afecta aproximadamente al 8 por ciento de los hombres y al 0.5 por ciento de las mujeres de ascendencia del norte de Europa, es causada por un defecto hereditario en los conos rojos o verdes, que conduce a una pérdida reducida o completa en la capacidad para ver los dos colores que esas células detectan.

Robert Johnston, un biólogo de la Universidad Johns Hopkins, y sus colegas querían entender cómo, exactamente, las células en desarrollo en el ojo humano deciden volverse azules, verdes o rojas. La investigación previa había proporcionado algunas grandes pistas, mostrando que este proceso ocurre de manera gradual: las células azules son lo primero, luego las rojas y por último las verdes, y que la hormona tiroidea, una molécula secretada por la glándula tiroidea, es crítica en este proceso. Pero muchos de estos estudios se realizaron en animales como el pescado, el pollo y el ratón debido al obvio desafío ético de experimentar con tejido humano. Aunque los investigadores pueden estudiar retinas donadas de fetos inviables, es casi imposible obtener muestras para algunos períodos de desarrollo temprano.

Para superar esta limitación, el equipo de Johnston decidió usar células madre humanas para cultivar mini retinas u organoides  retinales en el laboratorio. Luego dejaron que estos órganos en miniatura maduraran en una placa de Petri  durante un periodo de nueve meses a un año, básicamente el mismo tiempo de desarrollo que requiere un bebé.

Al final de la maduración, las mini retinas se parecían notablemente a las de los humanos. Los investigadores encontraron similitudes en la forma de las células del cono, su distribución a través del tejido y la producción de varias proteínas. Al examinar de cerca las células cónicas a medida que crecían en los organoides retinianos, el equipo descubrió, por primera vez en el tejido humano, la secuencia de eventos que desencadenaron la diferenciación de células madre en los distintos tipos de células cónicas. Las células comenzaron a convertirse en conos azules primero, entre 11 y 34 semanas después de que la retina comenzara a crecer. Los conos rojos y verdes aparecieron poco después.


Subtipos de conos generados según aportación  hormona tiroidea


También encontraron que la hormona tiroidea era necesaria para activar este proceso. Cuando los investigadores utilizaron una herramienta de edición de genes para eliminar el receptor sobre el que actuaba la hormona, crearon mini retinas con solo células azules. Por otro lado, encontraron que agregar más hormona tiroidea en las primeras etapas del desarrollo hizo que los organoides produjeran casi exclusivamente conos verde y rojo.

A mediados de la década de 1990, Reh, investigador de la Universidad de Washington y colegas  informaron sobre la primera evidencia de que la hormona tiroidea es crítica para el desarrollo del cono en ratones y pollos. En estudios posteriores, los investigadores describieron el papel que desempeñó esta molécula en la determinación de la distribución real de los conos rojo, azul y verde a través de la retina. Incluso ha habido cierto apoyo para estas observaciones en personas: algunas investigaciones clínicas han demostrado que los bebés prematuros con niveles bajos de hormona tiroidea desarrollan defectos de visión del color.

Según Johnston, esta investigación podría ayudar a desarrollar futuras terapias para trastornos oculares como la ceguera al color o la degeneración macular, el daño a la retina relacionado con la edad que puede resultar en la pérdida de la visión. Los organoides no solo pueden proporcionar una plataforma para estudiar esas condiciones con más detalle, sino que ahora, el hecho de que los científicos puedan controlar los tipos de fotorreceptores que crecen en las retinas de laboratorio, significa que podría ser posible que un día se trasplante estos cultivos directamente a los pacientes, o incluso preprogramar  células madre y dejarlas crecer para transformarlas en  las células particulares que se necesiten.

Por ahora, Johnston ve el ojo, que tiene muchos tipos de células nerviosas, como los diversos fotorreceptores y células ganglionares, como un campo de pruebas ideal para una investigación más amplia sobre cómo nuestros cuerpos generan diferentes tipos de neuronas. "Los datos recientes de varios grupos sugieren que hay cientos de tipos de neuronas solo en el ojo", según Johnston. "Para mí, sería un sueño contribuir a comprender cómo se generan esas neuronas y, con suerte, extrapolar esos conceptos a otras partes del sistema nervioso".

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