Коллаборативная группа исследователей из Университета Южной Калифорнии (USC) и Университета Юты получила грант Национальных институтов здравоохранения (NIH) в размере 2,7 миллиона долларов США. Средства предназначены для изучения того, как пигментный ретинит (RP) нарушает визуальные связи в сетчатке. Цель проекта — получить фундаментальные данные для разработки стратегий замедления или предотвращения потери зрения при этом неизлечимом заболевании глаз.
Понимание пигментного ретинита
Пигментный ретинит — прогрессирующее наследственное заболевание сетчатки, приводящее к дегенерации фоторецепторов. Патология обычно начинается в детстве и проходит четыре последовательные стадии, кульминацией которых становится потеря периферического зрения и слепота. В мире насчитывается около 2 миллионов человек, страдающих пигментным ретинитом.
Заболевание вызывает формирование неправильных связей между ретинальными нейронами: здоровые клетки пытаются компенсировать гибель соседних, что парадоксальным образом усугубляет повреждение сетчатки.
Цель исследования: картирование ретинального коннектома
Исследовательская группа создаст детальные карты нервных связей сетчатки (так называемый «коннектом») для отслеживания деградации этих сетей на каждой стадии RP. Сопоставляя структурные изменения в сетчатке с функциональными нарушениями, ученые надеются идентифицировать стратегии для замедления прогрессирования болезни.
«Мы стремимся создать полноценную функциональную модель всей сети, которая наглядно продемонстрирует воздействие болезни и будет доступна для всех специалистов в этой области», — заявил Джанлука Лацци (Gianluca Lazzi), PhD, главный исследователь проекта и профессор офтальмологии, электротехники и вычислительной техники, клинического предпринимательства и биомедицинской инженерии в USC.
Лацци пояснил, что понимание механизмов образования патологических нейронных связей станет ключом к тому, чтобы в будущем направлять нейроны к формированию более правильных и здоровых соединений.
Передовые методы визуализации и ключевые разработки
Команда использует две взаимодополняющие методики визуализации для анализа ретинальной сети.
1. Двухфотонная возбудительная микроскопия
Метод под руководством Майкла Беньковски (Michael Bienkowski), PhD, доцента физиологии и нейронауки в USC, позволяет исследователям:
- Проникать в глубокие слои сетчатки без повреждения ткани.
- Маркировать специфические популяции нейронов флуоресцентными метками для детальной визуализации.
- Селективно метить нейроны с помощью модифицированной неинфекционной формы вируса бешенства, доставляющей флуоресцентный краситель.
«Методика Майка позволяет нам визуализировать точный слой сетчатки, — отметил Лацци. — Мы можем получить полное изображение всех ганглиозных клеток, исключая путаницу между разными типами нейронов. Это огромное преимущество».
2. Трансмиссионная электронная микроскопия
Метод под руководством Брайана Джонса (Bryan Jones), PhD, из Университета Юты позволяет получать сверхдетальные изображения отдельных синапсов, выявляя изменения на микроскопическом уровне.
Вычислительные модели и интеграция искусственного интеллекта
В исследование включены вычислительный анализ и моделирование поведения сетчатки с помощью ИИ под руководством Лацци и Жан-Мари Бутейе (Jean-Marie Bouteiller), PhD, адъюнкт-профессора биомедицинской инженерии в USC. Такой подход помогает идентифицировать ключевые признаки здоровых нейронов и отслеживать изменения, вызванные пигментным ретинитом.
Валидация моделей
Стивен Уолстон (Steven Walston), PhD, электрофизиолог и адъюнкт-профессор исследовательской офтальмологии в USC, выполнит валидацию вычислительных результатов путем анализа электрической активности в сетчатке. «Вклад Стива позволяет нам соотносить результаты вычислительных моделей с экспериментальными измерениями», — подчеркнул Лацци.
Междисциплинарная коллаборация
Проект объединяет экспертов из различных областей: офтальмологии, нейронауки, биомедицинской инженерии и вычислительного моделирования. Ключевой вклад вносят:
- Инженерная школа USC Viterbi
- Медицинская школа Keck при USC
- Колледж литературы, искусств и наук USC Dornsife
- Медицинская школа Университета Юты
Лацци охарактеризовал проект как истинное перекрестное оплодотворение: «Мы работаем вместе над целой сетью активностей. В такой среде вы учитесь и адаптируетесь. Вы действуете в областях, которые могут раздвигать границы привычного мышления. Но в этом и заключается суть — никаких границ не должно быть, верно?»
Заключение
Исследование, финансируемое NIH, представляет собой важный шаг в понимании прогрессирования пигментного ретинита и деградации ретинальных сетей. Интегрируя передовые методы визуализации, вычислительное моделирование и ИИ, команда стремится получить прорывные данные, которые лягут в основу будущих стратегий замедления или предотвращения потери зрения при RP. Лацци и его коллеги выражают оптимизм, что их работа создаст прочную основу для будущих методов лечения и вдохновит на инновационные подходы к терапии наследственных заболеваний сетчатки.