Este resultado marca también el primer paso hacia el desarrollo trasplante de retinas para tratar los trastornos oculares como la retinitis pigmentosa y la degeneración macular que afecta a millones de personas en el mundo.

“Hicimos una estructura compleja compuesta de muchos tipos de células”, dijeron los autores. “Este es un gran avance en nuestra búsqueda para tratar la enfermedad de la retina”.

En estudios anteriores sobre lesiones de la médula espinal, el grupo originó un método por el cual las células madre embrionarias (con capacidad de convertirse en cualquier tipo celular) podrían ser dirigidas a convertirse en tipos específicos de células en un proceso llamado diferenciación. Los resultados de estos estudios han llevado al primer ensayo clínico del mundo que utiliza una terapia de células madre basado en la lesión aguda de la médula espinal.

En este estudio, el equipo utilizó la técnica de diferenciación para crear las múltiples tipos de células necesarios para la retina. El mayor reto, estaba en la ingeniería pues para imitar las primeras etapas de desarrollo de la retina, los investigadores tenían que despertar gradientes microscópicos de soluciones en el que se bañan las células madre para iniciar rutas específicas de diferenciación.

“La creación de este tejido complejo es la primera vez que se logra en el campo de las células madre”.

La retina es la capa interna posterior del ojo que registra las imágenes que una persona ve y los envía a través del nervio óptico del ojo al cerebro. Las enfermedades de la retina son particularmente perjudiciales para la vista. Más de 10 millones de estadounidenses sufren de degeneración macular, la principal causa de ceguera en personas mayores de 55 años. Cerca de 100.000 tiene retinitis pigmentosa, una enfermedad progresiva, genética que suele manifestarse en la infancia.

¿Qué tiene de emocionante este nuevo descubrimiento? La creación de retinas trasplantables partir de las células madre podría ayudar a millones de personas, y estamos en el buen camino, dijeron los autores.

Los investigadores están probando las retinas en fase inicial en los modelos animales para aprender lo mucho que mejorara la visión. Un resultado positivo daría lugar a ensayos clínicos en humanos.

Referencia

Gabriel Nistor, Magdalene J. Seiler, Fengrong Yan, David Ferguson, Hans S. Keirstead. Three-dimensional early retinal progenitor 3D tissue constructs derived from human embryonic stem cells. Journal of Neuroscience Methods, 2010; DOI: 10.1016/j.jneumeth.2010.04.025.

Se conoce que las neuronas tienen una función importante en el procesamiento de las señales visuales relacionados con el movimiento. Un equipode científicos descubrieron que una neurona individual integra las aportaciones que recibe a través de muchas sinapsis (entradas) a la vez en una sola señal de salida – una decisión que en esencia es hecha por un solo nervio celular. El informe de los científicos aparece en el último número de la revista Nature y abre una nueva vía para la exploración de cómo funciona el aprendizaje a nivel de una neurona individual.

Cuando la luz incide en la retina del ojo humano, golpea 126 millones de células sensoriales, que lo transforman en señales eléctricas. Incluso la unidad más pequeña de la luz, un fotón, puede estimular una de estas células sensoriales. Como consecuencia, esta cantidad enorme de datos tienen que ser procesada para que seamos capaces de ver. Si bien el tratamiento de los datos visuales se inicia en la retina, la imagen acabada sólo se plantea en el cerebro o, para ser más precisos, en la corteza visual en la parte posterior del cerebro. Los científicos que trabajan con Arthur Konnerth – profesor de neurofisiología en la TUM y Carl von Linde en el Instituto de Estudios Avanzados de la TUM – están interesados en un cierto tipo de neuronas en la corteza visual que nos alertan  de las señales eléctricas cuando un objeto se mueve delante de nuestros ojos – o en este caso a los ojos de un ratón.

Cuando el ratón se le muestra un patrón de barras horizontales en movimiento, las neuronas específicas en su corteza visual responden constantemente, dependiendo de si el movimiento es de abajo hacia arriba o de derecha a izquierda. El patrón de respuesta al impulso de estas “orientaciones” neuronas ya es bien conocida. Sin embargo, lo que no se conocía en detalle, es lo que le sucedía a la señal de entrada. Esto no era fácil de establecer ya que cada una de las neuronas tiene un “árbo” entero de diminutas antenas ramificadas, conocidas como dendritas, en la que cientos de otras neuronas “conectan” con sus sinapsis.

Para obtener más información sobre la señal de entrada, Konnerth y sus colegas observaron un ratón en el acto de ver, con la resolución que va más allá de una célula nerviosa en una sola sinapsis. Ellos refinaron un método llamado microscopio de dos fotones de fluorescencia, que permite mirar hacia arriba a la mitad de un milímetro en el tejido cerebral y ver no sólo una celda individual, sino incluso sus dendritas. Junto con esta sonda microscópica, realizaron señales eléctricas a las dendritas de las neuronas individuales utilizando pequeñas pipetas  de vidrio (técnica de patch-clamp). “Hasta ahora, los experimentos similares sólo se han llevado a cabo en las neuronas cultivadas en placas de Petri”, dice Konnerth. “El cerebro intacto es mucho más complejo. Debido a que se mueve un poco todo el tiempo, la resolución de los sitios individuales de entrada sináptica en las dendritas fue extremadamente difícil.”

El esfuerzo ya ha recompensado al equipo con un descubrimiento. Ellos encontraron que en respuesta a las mociones de diferente orientaciones de un patrón de barras en el campo de visión de un ratón, una neurona individual de “orientación” recibe las señales de entrada de un número de células nerviosas orientadas de manera diferente en su red de conexiones, pero sólo envía una especie de señal de salida. ¿Y esto, “Konnerth dice,” es donde las cosas se ponen realmente emocionante”. La neurona de orientación sólo envía señales de salida cuando, por ejemplo, el patrón de barra se mueve de abajo hacia arriba. Es evidente que la neurona compara las señales de entrada distintas entre sí y por lo tanto reduce la saturación de los datos de entrada a los datos más esenciales necesarios para la percepción clara de los movimientos.

En el futuro, los científicos pretender extender este enfoque de investigación a la observación del proceso de aprendizaje en una neurona individual. Los neurocientíficos especulan que una neurona puede ser capturada en el acto de aprender una nueva orientación.

Este método permite observar, hasta el nivel de una sinapsis individual, cómo una neurona individual en el cerebro vivo está conectado en red con los demás y cómo se comporta, por lo tanto debemos ser capaces de hacer una contribución fundamental para comprender el proceso de aprendizaje.

Referencia

Hongbo Jia, Nathalie L. Rochefort, Xiaowei Chen, Arthur Konnerth. Dendritic organization of sensory input to cortical neurons in vivo. Nature, 2010; 464 (7293): 1307 DOI: 10.1038/nature08947

Los camarones mantis utilizados en estudio se encuentran en la Gran Barrera de Coral en Australia y tienen los sistemas de visión más complejos conocidos por la ciencia. Pueden ver en doce colores (los humanos solo vemos tres) y además pueden distinguir entre diferentes formas de la luz polarizada.

Las células especiales sensibles a luz de los ojos del camarón mantis pueden girar el plano de las oscilaciones (la polarización) de una onda de luz que viaja a través de ella. Esta capacidad hace posible que estos crustáceos puedan convertir la luz polarizada linealmente a la luz polarizada circularmente, y viceversa. Esta capacidad fue replicada por el hombre para realizar placas de onda que cumplan esta función esencial en CD y DVD y en filtros polarizadores circulares para las cámaras fotográficas.

Sin embargo, estos dispositivos artificiales sólo tienden a funcionar bien para un solo color del espectro de la luz, mientras que el mecanismo natural en los ojos del crstáceo funciona casi perfectamente a través de todo el espectro visible, es decir casi desde el ultravioleta al infrarrojo.

El Dr. Nicholas Roberts, autor principal del documento dijo: “Nuestro trabajo revela, por primera vez el diseño único y el mecanismo de la lámina cuarto de onda en el ojo del camarón mantis. Realmente es excepcional – fuera realizar cualquier cosa que los seres humanos hasta ahora han sido capaces de crear. ”

Exactamente por qué el camarón mantis necesita tan exquisita sensibilidad a la luz polarizada, no está claro. Sin embargo, la visión de la polarización es utilizada por los animales para la señalización sexual o la comunicación secreta, que evita la atención de otros animales, especialmente los depredadores. También podría ayudar en la búsqueda y captura de las presas por la mejora de la claridad de las imágenes bajo el agua. Este mecanismo en el camarón proporciona una ventaja evolutiva, sería seleccionado para ser fácilmente, ya que sólo requiere pequeños cambios en las propiedades existentes de la célula en el ojo.

“Podría ayudarnos a desarrolar mejores dispositivos ópticos en el futuro y el uso de cristales líquidos que han sido modificados químicamente para imitar las propiedades de las células en el ojo del crustáceo”.

Esto no sería la primera vez que los seres humanos han mirado al mundo natural para las nuevas ideas, por ejemplo el ojo compuesto de la langosta recientemente inspiró el diseño de un detector de rayos X en un telescopio astronómico.

Referencia

NW Roberts, T-H Chiou, NJ Marshall and TW Cronin. A biological quarter-wave retarder with excellent achromaticity in the visible wavelength region. Nature Photonics, 2009; DOI: 10.1038/nphoton.2009.189