视网膜细胞地图可以预先精确致盲疾病的疗法

研究人员已经确定了不同差异的视网膜细胞组成的一个组织是人类视觉感知至关重要。来自美国国家眼科研究所的科学家(NEI)发现五个亚种群的视网膜色素上皮(RPE)——滋养层组织和支持视网膜的感光光感受器。使用人工智能研究人员分析了RPE单细胞分辨率的图像创建一个引用中每个分组人口地图定位眼睛。在发表的研究报告美国国家科学院院刊》上。

“这些结果提供首开先河的框架来理解不同的RPE细胞亚群及其脆弱性视网膜疾病,和开发靶向疗法来治疗他们,”Michael f .蒋介石说,医学博士NEI的主任,美国国立卫生研究院的一部分。

“这些发现将有助于我们发展更精确的细胞和基因治疗特定的退行性眼病,”说,这项研究的首席研究员,Kapil Bharti,博士,指导NEI眼部和干细胞转化研究部分。

视力开始当光照射到行视网膜的视杆细胞和视锥细胞的眼睛。一旦激活,光感受器发送信号通过复杂网络的收敛在视神经视网膜神经元前往各中心在大脑中。RPE坐落在感光细胞单层,一个细胞深。

年龄和疾病可以导致RPE细胞的代谢变化,会导致光感受器变性。对视力的影响从这些RPE变化显著不同严重程度和视网膜内RPE细胞所在。例如,晚发性视网膜变性(L-ORD)影响主要是周边视网膜和,因此,周边视觉。年龄相关性黄斑变性(AMD),视力丧失的主要原因,主要影响黄斑RPE细胞,这是中央视力的关键。

Bharti和他的同事试图确定是否有不同的RPE亚种群可能解释视网膜疾病的广泛的表型。

该团队使用人工智能(AI)分析RPE细胞形态测量学,每个单元的外部形状和尺寸。他们训练RPE的计算机使用荧光标记的图像来分析整个人类RPE单层从九个尸体捐赠者没有显著的眼科疾病的历史。

为每个RPE细胞形态测量学特性计算,平均每捐赠约280万个细胞;分析了4760万个细胞。算法评估每个细胞的区域,纵横比(宽高),hexagonality,邻居的数量。此前的研究表明有RPE功能与细胞连接的紧密性;表明细胞健康拥挤,越多越好。

形态测量学的基础上,他们发现了五个不同RPE细胞亚群,称为P1-P5,中央组织的同心圆,黄斑的中心和最视网膜的感光区域。RPE的外围相比,视网膜中央凹RPE往往是完美的六角形,更简洁,具有较高数量的邻近细胞。

出人意料地,他们发现周边视网膜包含环RPE细胞(P4)非常类似于RPE细胞区域在黄斑。

”凸显了P4群多样性的存在视网膜周边,这表明可能存在功能性RPE之间的区别,我们目前不知道,”该研究的第一作者说,大卫。食米鸟,博士研究员NEI眼部和干细胞转化研究部分。“未来的研究需要帮助我们理解这个族群的作用。”

接下来,他们分析了RPE与AMD的尸体。视网膜中央凹(P1) RPE往往不在由于疾病的伤害,和P2-P5神经细胞之间的差异没有统计学意义。总的来说,AMD RPE亚种群往往是细长的相对于RPE细胞不受AMD。

进一步测试的假设不同视网膜一种退化影响特定的RPE亚种群,他们分析了从病人受到choroideremia ultrawide-field眼底自发荧光图像,L-ORD,或没有确定分子引起的视网膜变性。虽然这些研究在一个时间点,他们还表明,不同的RPE的亚种容易受到不同类型的视网膜退化性疾病。

“总的来说,结果表明人工智能可以检测变化RPE细胞形态测量学的发展明显明显变性前,“食米鸟说。

与年龄相关的形态学变化也可能出现在一些RPE亚种群在他们检测到别人。这些发现将帮助未来的研究使用非侵入性成像技术,自适应光学等解决视网膜细胞以前所未有的细节和可能被用来预测RPE患者健康生活的变化。

这项研究是由NEI校内的研究项目。

参考:食米鸟D, Sharma R,罗蒙,et al . Single-cell-resolution映射人类视网膜色素上皮细胞有助于发现亚种群与微分疾病敏感性。PNAS。2022;119 (19):e2117553119。doi:10.1073 / pnas.2117553119

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