В научном исследовании, опубликованном 5 декабря 2019 года, исследователи из Института Солка сообщают об открытии трех типов клеток в глазу, которые обнаруживают свет и выравнивают циркадный ритм мозга с окружающим светом. Исследование знаменует собой первую прямую оценку у людей световых ответов этих клеток, называемых по своей природе светочувствительными ганглиозными клетками сетчатки (ipRGC), и последствия для здоровья существенны.
«Мы стали в основном домашним видом, и мы исключены из естественного цикла дневного света днем и почти полной темноты ночью», – говорит профессор Солка Сатчидананда Панда, старший автор статьи. «Понимание того, как ipRGC реагирует на качество, количество, продолжительность и последовательность света, поможет нам разработать лучшее освещение для отделений интенсивной терапии новорожденных, отделений интенсивной терапии, детских садов, школ, фабрик, офисов, больниц, домов престарелых и даже космической станции."
Это новое понимание ipRGC может также стимулировать будущие исследования по разработке терапевтического освещения, которое может лечить депрессию, бессонницу, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), мигрень и даже проблемы со сном у пациентов с болезнью Альцгеймера.
«Это также откроет ряд возможностей для испытания новых лекарств или работы с определенными заболеваниями, специфичными для людей», – говорит Людовик Мур, научный сотрудник лаборатории Panda и первый автор нового исследования.
В то время как ipRGC были идентифицированы ранее в сетчатке мышей, эти клетки никогда не обнаруживались у людей.
Для нового исследования команда Солка использовала новый метод, разработанный соавторами исследования Энн Ханнекен из Исследовательского института Скриппса и Франсом Винбергом из Джона А. Центр зрения Морана при Университете Юты, чтобы сохранить образцы сетчатки здоровыми и функциональными после смерти доноров. Затем исследователи поместили эти образцы на электродную сетку, чтобы изучить, как они реагируют на свет.
Они обнаружили, что небольшая группа клеток начала активироваться после всего 30-секундного импульса света. После выключения света некоторым из этих ячеек потребовалось несколько секунд, чтобы перестать гореть.
Исследователи протестировали несколько цветов света и обнаружили, что эти «по своей природе светочувствительные» клетки были наиболее чувствительны к синему свету – типу, который используется в популярных светодиодных лампах холодного белого цвета и во многих наших устройствах, таких как смартфоны и ноутбуки.
Последующие эксперименты выявили три различных типа ipRGC. Тип 1 относительно быстро реагировал на свет, но на то, чтобы погаснуть, потребовалось много времени. Тип 2 включался дольше и очень долго выключался.
Тип 3 реагировал только тогда, когда свет был очень ярким, но они включались быстрее и затем выключались, как только свет исчезал. Понимание того, как функционирует каждый тип ipRGC, может позволить исследователям лучше разрабатывать освещение или даже терапевтические средства, которые могут включать или выключать активность клеток.
Новое исследование действительно помогает объяснить явление, о котором сообщалось в прошлых исследованиях некоторых слепых людей. Эти люди, несмотря на то, что не могут видеть, все же могут согласовать свой цикл сна-бодрствования и циркадные ритмы с циклом день-ночь.
Таким образом, они должны каким-то образом воспринимать свет.
Теперь выясняется, что ipRGC являются клетками, ответственными за отправку светового сигнала в мозг, даже у людей, у которых отсутствуют палочки и колбочки, необходимые для передачи изображения в мозг.
Также кажется, что у людей с функциональными палочками и колбочками ipRGC фактически работают в тесном взаимодействии с этими другими зрительными клетками.
Новое исследование предполагает, что ipRGC могут чутко комбинировать свой собственный свет со светом, обнаруживаемым стержнями и колбочками, чтобы добавить информацию о яркости и контрасте к тому, что мы видим.
«Это добавляет еще одно измерение к разработке лучших телевизоров, компьютерных мониторов и экранов смартфонов, в которых изменение доли синего света может обмануть мозг, заставив его увидеть изображение как яркое или тусклое», – говорит Панда.
Панда говорит, что следующим шагом в этом исследовании будет изучение чистого выхода этих клеток при разных цветах, интенсивности и продолжительности света – например, сравнение их реакции на короткие импульсы света с более длительными, продолжительностью в несколько минут. Команде также интересно, как клетки реагируют на последовательности света, такие как синий свет, который становится оранжевым, или наоборот, который имитирует некоторые виды света, с которыми мы сталкиваемся в природе на рассвете и в сумерках.
«Повторение этих экспериментов с донорскими препаратами сетчатки для разных возрастов также поможет нам понять, различаются ли и в какой степени молодые и пожилые люди по их функции ipRGC, что может помочь в разработке внутреннего освещения для лучшей синхронизации дня и ночи в целом и, возможно, даже таких приложений. как улучшение настроения у пожилых людей и пациентов с деменцией », – говорит Панда.
Среди других авторов был Франс Винберг из Джона А. Глазной центр Морана Университета Юты и Энн Ханнекен из Scripps Research.
Работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения (гранты EY 016807 и EY026651), грантами благотворительных фондов и стипендиями Fondation Fyssen и Catharina Foundation.