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研究发现光敏感细胞在视觉前发育

2019-05-24 10:50:30 医疗设备56℃

  研究发现光敏感细胞在视觉前发育

  2005年12月22日

  华盛顿大学圣路易斯医学院的研究人员发现,构成眼睛非视觉系统的细胞就位,并且在将光线加工成视觉的视杆和视锥细胞之前很久就会起作用。这一发现应该有助于科学家更多地了解眼睛的非视觉功能,例如身体内部同步,生物钟,瞳孔对光和光调节激素释放的反应。

  研究人员在12月22日的“神经元”杂志上报道,在小鼠视网膜中,本质上光敏的视网膜神经节细胞(ipRGCs)在出生时是活跃的并且起作用。

   这是令人惊讶的,因为小鼠视网膜直到小鼠几乎三周时才完全发育,并且第一个杆细胞直到出生后大约10天才出现。

  “我们惊讶地发现这些光感受器在出生那天正在发射动作电位,”眼科学和视觉科学以及分子生物学和药理学副教授Russell N. Van Gelder博士说。 “当他们出生时,小鼠非常不成熟。出生后大约需要三周才能使视网膜完全发育。以前没有人在10天之前检测到小鼠的光依赖性细胞发射。“

  Van Gelder说,神经节细胞以两种方式对光作出反应,向控制昼夜节律的大脑部分发送信息,并且(在生命的第一天或第二天)也引发一波通过视网膜传播的活动,可能帮助视觉细胞发育。

  Van Gelder及其同事过去几年一直在研究盲人动物(和人)如何感知光线并用它来设置生物钟。 ipRGCs于2002年首次由布朗大学的David M. Berson博士及其同事确定 - 即使在视力盲目的眼睛中也能感知光线的细胞。但是,分离和研究细胞是非常困难和耗时的,需要将示踪染料精确注射到动物的大脑中以标记和鉴定ipRGC。

  由于Daniel C. Tu和Donald Zhang(Van Gelder实验室的医学科学家培训项目学生)和本研究的共同第一作者所开发的技术进步,这已经发生了变化.Tu和Zhang使用了多电极阵列技术,其中微小的单个电极相距约200微米。每个电极的尺寸仅为30微米 - 每英寸有25,400微米 - 并且网格上包含60个电极。

  “这种间距对于视网膜来说是完美的,”Van Gelder说。 “你可以移除视网膜并将它,神经节细胞侧向下放置在这个阵列上。然后当这些细胞对光反应时,电极会拾取神经节细胞的脉冲。”

  虽然最初的脑注射技术允许研究人员每天仅研究一个或两个ipRGCs,但多电极阵列允许Van Gelder的团队研究那么多的那么多。这些研究揭示了细胞群对光的反应快速且一致。

  相关故事定制细胞微环境以提高生理相关性睾丸激素不是阴茎发育所需的唯一激素对社区进行抗菌药物敏感性测试(AST)“如果你给细胞一系列相同的光脉冲并观察它们射出的速度,反应每次都是相同的,“范格尔德说。 “神经节细胞检测亮度,他们非常擅长它。您可以为这些单元中的相机制作一个良好的光度计,因为它们对相对于相机上相当于近10个光圈的亮度响应是一致的。这与视网膜中的视杆和视锥细胞完全不同。那些视觉细胞不能很好地检测亮度。它们可以检测对比度,灵敏度和运动。“

  研究这些ipRGCs群体,Van Gelder还发现这些细胞需要一种叫做melanopsin的蛋白质来感知和反应光脉冲。当该小组检查基因工程中缺乏黑视蛋白的小鼠的视网膜时,他们发现神经节细胞失去了对光的所有敏感性。

  研究许多这些细胞的能力让Van Gelder的团队了解到有三种不同的ipRGCs群体,每种细胞类型对光的反应都不同。有些人在灯开启时会很快开火,但需要更长的时间停止射击当它熄灭时,其他细胞需要一段时间来提升它们的响应,但是当该区域变暗时会迅速停止发射。第三种细胞类型在暴露于光线时开启缓慢并且在黑暗中关闭时间。

  此外,细胞倾向于对组中的光起反应。在电学上,一些细胞几乎像合唱一样工作,向大脑发送几个同步的“和声”,作为响应光脉冲的一首大“歌”的一部分。

  “我们能够发现大约20%的神经节细胞与其他神经节细胞偶联,”他说。 “那可能是一个很低的估计,因为如果我们有一个更精细的网格并且可以记录更多单个细胞的活动,我们可能会发现更多的相互作用。”

  Van Gelder认为,早期的活动和ipRGCs的相互作用可以通过帮助动物在视力发育之前检测光线并设置其生物钟,以某种方式提高生存率。他说,因为视网膜在大多数哺乳动物中往往非常相似,人类神经节细胞也可能比杆和锥体更早发育并开始发挥作用。

  虽然ipRGCs感知老鼠和人类的光,但它们并没有连接到大脑的视觉皮层。

  相反,它们将信号发送到更深,更古老的大脑部分,例如下丘脑,它们投射到控制生物钟的大脑区域以及瞳孔对光的响应。

  “Dan Tu和Don Zhang带入这一领域的多电极阵列技术应该有助于我们更多地了解这些视网膜神经节细胞如何影响各种非视觉功能,并强化眼睛负责更多的事实。而不只是视觉,“范格尔德说。

  出处:http://www.wustl.edu

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