Un team guidato dalla NTU di Singapore ha catturato per la prima volta una minuscola contrazione meccanica nelle cellule della visione notturna dell'occhio mentre percepiscono la luce. Questa scoperta potrebbe aprire la strada alla diagnosi precoce e non invasiva di malattie che causano la cecità.
Un team guidato dalla Nanyang Technological University di Singapore ha catturato un minuscolo movimento meccanico nell'occhio nel momento esatto in cui rileva la luce: una scoperta che potrebbe cambiare il modo in cui i medici individuano le malattie che portano alla cecità molto prima che la vista venga persa.
Utilizzando una tecnica di imaging avanzata, il gruppo internazionale ha registrato una rapida contrazione dei fotorecettori a bastoncelli, le cosiddette cellule della visione notturna, sia negli occhi umani viventi che in quelli dei roditori. Queste cellule ci permettono di vedere in condizioni di scarsa illuminazione e sono tra le prime a deteriorarsi in condizioni come la degenerazione maculare senile e la retinite pigmentosa.
Il ricercatore capo Tong Ling, professore associato di Nanyang presso la Facoltà di Chimica, Ingegneria chimica e Biotecnologia della NTU, ha descritto il movimento appena osservato come una sorta di punto di accensione della vista.
"La 'contrazione' delle cellule oculari deputate alla visione notturna è simile alla scintilla di accensione della vista. Sappiamo da tempo che queste cellule producono segnali elettrici quando assorbono luce, ma nessuno, fino ad ora, aveva mai segnalato la contrazione meccanica di queste cellule all'interno degli occhi viventi di esseri umani o roditori", ha affermato in un comunicato stampa.
I fotorecettori a bastoncelli si trovano nella retina, nella parte posteriore dell'occhio, e costituiscono la stragrande maggioranza delle cellule fotosensibili. Sono incredibilmente sensibili, in grado di rispondere a livelli di luce molto bassi, il che li rende essenziali per la visione notturna, ma anche vulnerabili a danni precoci.
Ling ha osservato che il lavoro fa luce su un passaggio fondamentale del modo in cui l'occhio trasforma la luce in segnali che il cervello può comprendere.
"I risultati rivelano un passaggio fondamentale nel processo attraverso il quale i fotorecettori a bastoncelli rilevano la luce e inviano informazioni visive al cervello. Queste cellule costituiscono circa il 95% di tutti i fotorecettori della retina umana", ha aggiunto.
I risultati del team sono stati presentati da Ling al meeting annuale 2024 dell'Associazione per la ricerca in visione e oftalmologia e pubblicato sulla rivista Light: Science & Applications.
Per arrivare a questa scoperta, i ricercatori hanno utilizzato un metodo all'avanguardia chiamato optoretinografia, o ORG. A differenza dei tradizionali esami della vista che si basano su registrazioni elettriche o richiedono lampi luminosi e il contatto con l'occhio, l'ORG è in grado di rilevare movimenti estremamente piccoli nelle cellule retiniche senza l'uso di coloranti, etichette o contatto con l'occhio.
Con ORG, gli scienziati hanno misurato una rapida contrazione dei bastoncelli fino a circa 200 nanometri – circa un millesimo della larghezza di un capello umano – entro circa 10 millisecondi dall'impatto della luce sulla retina. È più veloce di un singolo battito d'ali di un colibrì.
Combinando queste misurazioni con la modellazione biofisica, il team ha collegato il movimento all'attivazione della rodopsina, la molecola fotosensibile presente all'interno dei bastoncelli. Quando la rodopsina assorbe la luce, innesca una cascata di eventi che alla fine producono i segnali elettrici inviati lungo il nervo ottico al cervello. La "contrazione" meccanica appena osservata sembra essere uno dei primi segnali fisici dell'inizio di questo processo.
L'autore correlato Ramkumar Sabesan, professore associato di ricerca presso il Dipartimento di oftalmologia della Facoltà di medicina dell'Università di Washington, ha sottolineato quanto possa essere utile osservare i bastoncelli in azione in tempo reale.
"È la prima volta che riusciamo a osservare questo fenomeno nei bastoncelli di un occhio vivente. La disfunzione dei bastoncelli è uno dei primi segni di molte patologie della retina, tra cui la degenerazione maculare senile (AMD) e la retinite pigmentosa. Essere in grado di monitorare direttamente la risposta dei bastoncelli alla luce ci offre un potente strumento per la diagnosi precoce della malattia e il monitoraggio delle risposte al trattamento, con una sensibilità maggiore rispetto a qualsiasi strumento diagnostico convenzionale", ha affermato nel comunicato stampa.
Oggi, molti strumenti clinici per la valutazione della funzionalità dei bastoncelli sono relativamente poco efficaci. Possono richiedere ai pazienti di sottoporsi a test scomodi o possono rilevare danni solo quando sono in uno stadio avanzato. Poiché l'ORG è un esame non invasivo e senza contatto, potrebbe facilitare lo screening dei pazienti più frequente e rilevare lievi cambiamenti nella salute dei bastoncelli prima che compaiano i sintomi.
Il nuovo lavoro si basa su una tecnica precedente dello stesso gruppo di ricerca, pubblicata nel 2024, che misurava i movimenti più lenti dei bastoncelli in risposta a stimoli visivi deboli. Insieme, questi approcci offrono un quadro più completo del comportamento dei bastoncelli in diverse scale temporali e livelli di luce, fornendo potenzialmente ai medici un set di segnali più ricco per monitorare la malattia.
Esperti indipendenti affermano che questa tecnologia potrebbe rappresentare una svolta sia per la scienza che per la medicina. Jost Jonas, oftalmologo e ricercatore clinico che dirige il Dipartimento di Oftalmologia dell'Università di Heidelberg, in Germania, ha definito l'approccio innovativo e promettente.
"L'optoretinografia, in quanto tecnica completamente nuova, è clinicamente e scientificamente molto interessante e promettente, poiché consente per la prima volta la visualizzazione non invasiva dei movimenti delle strutture cellulari nell'occhio di una persona vivente su scala nanometrica. Questo vale sia per i bastoncelli, in quanto fotorecettori, sia per altre cellule della retina", ha affermato.
Ha aggiunto che il metodo "potrebbe quindi aprire nuove strade per comprendere meglio il funzionamento delle cellule della retina e la loro relazione con le cellule vicine, oltre a consentire clinicamente una diagnosi più dettagliata e potenzialmente precoce delle malattie della retina, in particolare dei disturbi che colpiscono principalmente i fotorecettori", evidenziando la sua potenziale portata oltre i soli bastoncelli.
Il progetto ha riunito ingegneri biomedici, fisici e scienziati clinici provenienti da diverse istituzioni, tra cui team del Singapore Eye Research Institute e della Duke-NUS Medical School, che hanno contribuito con la loro competenza nell'imaging retinico e nei modelli di roditori.
Guardando al futuro, i ricercatori prevedono che l'ORG venga perfezionato e adattato per l'uso in clinica oculistica. Se studi futuri confermeranno che sottili cambiamenti nella "contrazione" dei bastoncelli possono segnalare in modo affidabile una malattia precoce, un giorno i medici potrebbero utilizzare una scansione rapida e indolore per individuare i disturbi della retina in una fase in cui i trattamenti hanno le migliori possibilità di preservare la vista.
Per i pazienti a rischio di cecità, questo potrebbe significare qualcosa di semplice ma profondo: mantenere viva la scintilla della vista per molti altri anni.