視網膜細胞圖譜,協助提升眼盲疾病精準治療!

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雙眼是人體感官中無可取代的一環。日前,美國國家眼科研究所 ( National Eye Institute, NEI ) 科學家確定了視網膜組織的細胞有明顯差異,讓我們對視覺的探索又更進一步。

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成功建立視網膜細胞圖譜 

該發表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》的報告指出,研究人員透過人工智慧,分析了 9 個來自捐贈者的視網膜色素上皮細胞 ( retinal pigment epithelium, RPE ),並確定了 5 個視網膜色素上皮(retinal pigment epithelium, RPE)的亞族群,視網膜色素上皮又稱視網膜色素層(pigmented layer of retina),是一層緊貼於視網膜感覺神經之外的色素細胞,並影響視網膜視覺細胞。

這 5 個視網膜色素上皮的亞族群,可以提供養分和支援視網膜感光的感光細胞組織。雖然將 AI  ( Artificial Intelligence ) 應用於醫學的例子不勝枚舉,過去也有將 AI 應用於遺傳性視網膜疾病 ( Inherited Retinal Diseases, IRDs ) 的管理,但這次研究人員透過 AI 分析了單細胞分辨率的 RPE 圖像,建立了一個參考圖,用來定位眼睛內的各細胞亞族群。

NEI 主任 Michael F. Chiang 博士說:「這些研究成果,為了解不同的 RPE 細胞亞族群、脆弱的視網膜病變以及開發標靶治療創造了一個新框架。」而此研究的首席研究員、負責 NEI 眼部和幹細胞轉化研究部門的 Kapil Bharti 博士則表示:「這些發現將幫助我們為特定的退化性眼疾,開發更精確的細胞與基因療法。」

視覺產生原理與視網膜退化疾病

視覺的產生,始於視網膜排列的視桿細胞(rod)和視錐細胞接收到光線,被活化後,光感受器就會通過其他視網膜神經元的複雜網絡發送信號,這些神經元會聚集在視神經,然後傳送到大腦的各個中心。

年齡和疾病會導致 RPE 細胞的代謝變化,進而導致光感受器退化。這些 RPE 變化對視力的影響因嚴重程度和 RPE 細胞在視網膜內的位置而異。例如,晚發性視網膜退化 ( late-onset retinal degeneration, L-ORD ) 主要影響視網膜周邊,因此影響視力範圍 (即視野狹窄)。老年黃斑部病變 ( Age-related macular degeneration, AMD ) 是視力喪失的主要原因,主要影響黃斑部中的 RPE 細胞,這對中心視力( 即視敏度,也就是眼分辨得出小目標物的能力) 影響相當大。

AI 分析 RPE 亞族群與視網膜疾病關聯

為確定是否有不同的 RPE 亞族群可以解釋廣泛的視網膜疾病表型,該團隊使用 AI 來分析 RPE 細胞的外形和尺寸,分析來自 9 名沒有嚴重眼部病史的捐贈者遺體的整個RPE細胞的形態,並計算每個 RPE 細胞特徵。研究表示,RPE 功能與細胞連接的緊密性有關,越擁擠表示細胞越健康。

科學家也確定了五個不同的 RPE 細胞亞族群,稱為 P1-P5,圍繞中央凹組織成同心圓,中央凹是黃斑的中心,也是視網膜最感光的區域。 與外圍的 RPE 相比,中央凹 RPE 往往是完美的六邊形,位置更緊湊,相鄰細胞數量更多;還發現周邊視網膜包含一圈 RPE 細胞 ( P4 ),其細胞面積與黃斑部內和周圍的 RPE 非常相似。研究人員表示,P4亞族群的存在突顯了視網膜周圍的多樣性,未來需要進一步了解P4亞群的作用。

研究人員也表示, AI 可以在出現明顯退化之前,檢測 RPE 細胞形態的變化,這些發現將有助於為使用非侵入性成像技術提供資訊,該技術以前所未有的細節解析視網膜細胞,並有可能用於預測患者 RPE 的變化。

延伸閱讀:JP Morgan 系列報導:人類肝臟細胞圖譜發現新細胞亞型 護肝更全面

參考資料:
1. https://www.nei.nih.gov/about/news-and-events/news/retinal-cell-map-could-advance-precise-therapies-blinding-diseases

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