El transporte descuidado de una retina humana, donada a un investigador de la Universidad de Indiana, para el estudio de la principal causa de la pérdida de la visión, ha dado lugar a descubrir un mecanismo no detectado anteriormente que causa la enfermedad. Este descubrimiento, ha llevado a los investigadores a instar la revisión del gasto de millones de dólares para investigar la causa de un tipo de degeneración macular relacionada con la edad, conocida como neovascularización coroidea.
El investigador postdoctoral, Abbas Shirinifard, que trabaja en el Instituto Biocomplejidad de la Univ. de Indiana, había chocado contra un muro tratando de desarrollar detalladas simulaciones informáticas de los comportamientos e interacciones de las células y membranas que componen la parte posterior de la retina y su
vasculatura de apoyo. En la
neovascularización coroidea(NVC), los vasos sanguíneos irrigan el ojo oxigenándolo y nutrientes y se originan en la
coroides, justo detrás del ojo, que bruscamente entran en la retina y interrumpen su funcionamiento. La ceguera puede seguir a esto en cuestión de meses.
Los dos tratamientos actuales para la NVC son matar los vasos sanguíneos invasores mediante fármacos que se inyectan dentro del ojo (lo que también daña la retina y destruye vasos sanguíneos que sí son necesarios), o un láser que aplica calor en los vasos sanguíneos, y que puede dejar cicatrices que dañan la retina. Sin embargo, hay unos 9.000 artículos de investigación publicados sobre la NVC en los últimos 10 años, y ninguno de los tratamientos aborda los problemas subyacentes que causan que los vasos sanguíneos se conviertan en invasores, por lo que las recaídas son comunes y muchos pacientes pierden la visión al cabo de un año o dos.
La cuestión fue que, un accidente fortuito sacudió gravemente la retina humana donada desde un banco de ojos, durante el transporte. Y esto inspiró a Shirinifard a intentarlo de nuevo medianteuna serie de nuevas simulaciones. Tras el examen de los ojos, Shirinifard y Sherry Clendenon, microscopista del Instituto de Biocomplejidad, encontraron que las regiones de la retina que tenían los vasos sanguíneos invasores se habían separado de su membrana subyacente, mientras que las regiones que habían permanecido adheridas mostraban una invasión mucho menor, lo que sugiere que la adhesión podría ser un elemento esencial, aunque tal mecanismo se había pasado por alto respecto a la estructura de la retina.
Utilizaron un software de modelado de código abierto, llamado
CompuCell3D desarrollado por el Instituto de Biocomplejidad en colaboración la Universidad de Washington y la de Wisconsin, bajo la financiación de los Institutos Nacionales de Salud, y el equipo empezó rápidamente a ampliar las simulaciones existentes para estudiar los efectos de dichos defectos de adhesión.
“Las simulaciones mostraron que la reducción de la adherencia en la retina, en efecto, podía llevar a su invasión por los vasos sanguíneos”, resaltó Shirinifard; “no obstante, la compleja estructura de la retina daba a entender que muchos tipos de adherencia podían ser importantes, las tres más prominentes son: la que hay entre las células pigmentadas de la retina (el revestimiento negro del ojo) y la
membrana de Bruch (el sustrato que soporta la retina), entre las células de abajo de la retina pigmentada, y entre las
células pigmentadas de la retina y los fotorreceptores de arriba.”
El equipo se dio cuenta que podrían ser independientes una de otra o interactuar de formas complejas, y sabiendo que la tasa y el tipo de progreso de la enfermedad varía de paciente a paciente, necesitaban examinar muchos ejemplos de cada combinación de adherencia.
Fue entonces cuando se llamó a
Quarry, el ordenador de la IU, operado por la Oficina del vicepresidente de Tecnología de la Información, para llevar a cabo sus 32.000 horas de cálculos. “Hemos logrado modelar las interacciones de los diferentes grados de deterioro de cada tipo de adherencia y sus variaciones caso por caso”, señaló Shirinifard. “Sorprendentemente, estas simulaciones fueron capaces de replicar el complejo espectro clínico de la NVC.”
Las simulaciones de los defectos causados por la adhesión redujeron la adherencia entre las células pigmentadas de la retina y la membrana de Bruch —la clase de NVC típica del envejecimiento—, que producía un patrón y una frecuencia de invasiva de según la clínica. Del mismo modo, la reducción de la adherencia entre las células pigmentadas de la retina vecinas, típica de la inflamación debido a una infección severa, produjo un patrón de invasión de según la observada en adultos jóvenes.
Mediante la combinación de miles de simulaciones, Shirinifard fue capaz de producir mapas de los defectos relacionados referidos a cada tipo de adherencia y el riesgo de invasión de cada tipo. A su vez, pudo demostrar que la adhesión celular es fundamental para mantener los vasos sanguíneos de la retina, y que los defectos de combinación entre los diferentes tipos de adherencia son suficientes para determinar la probabilidad, el patrón y la tasa de progresión de la NVC.
Los resultados completos de uno de los más complejos modelos de evolución se acaba de publicar en
PLoS Computational Biology, y aunque el equipo todavía tiene que avanzar hacia el desarrollo de nuevas terapias de la NVC, el trabajo va a tener una gran importancia en la búsqueda de mejores terapias, según el director del Instituto de Biocomplejidad, James Alexander Glazier, co-autor del documento y profesor en el Colegio de Artes y Ciencias de la IU, en Bloomington, en la facultad de Física.
“Se gastan anualmente dientos de millones de dólares para desarrollar medicamentos y métodos de tratamiento, basados en las dos hipótesis comunes sobre el inicio y los mecanismos de progresión de la NVC”, dijo; “y dado que este reciente trabajo demuestra que ni lo uno ni lo otro son causas importantes de la NVC, ese dinero y esfuerzo son muy poco probables que mejoren los resultados de los pacientes.
Los científicos han estado buscando en el sitio equivocado. En cambio, la búsqueda de terapias que restauren la normalidad en la adhesión el ojo sí es mucho más probable que se traduzcan en tratamientos eficaces. Además, la detallada concordancia entre la simulación y las observaciones clínicas sugieren que, los nuevos enfoques para medir la adherencia en los pacientes permitirá unas predicciones mucho más precisas para la prognosis de cada paciente individual.”
Los investigadores creen que estos resultados también tienen un impacto mucho más amplio, ya que puede aplicarse a cualquier tejido (como el intestino y los pulmones), en el que una membrana de base separa una red capilar de un epitelio cercano.
“Las relaciones entre las clases específicas de los defectos de adherencia y los tipos y dinámica de la NVC en las simulaciones de los ojos, deberían llevar a unas patologías que dependen de la neovascularización de los tejidos, y esa invasión de los tejidos, en una progresión del cáncer”, dijo Shirinifard.
- Referencia:
ScienceDaily.com, 4 de mayo de 2012
- Fuentes:
Universidad de Indiana, vía
Newswise .
- Diario referencia: Abbas Shirinifard, James Alexander Glazier, Maciej Swat, J. Scott Gens, Fereydoon Family, Yi Jiang, Hans E. Grossniklaus. Adhesion Failures Determine the Pattern of Choroidal Neovascularization in the Eye: A Computer Simulation Study. PLoS Computational Biology, 2012; 8 (5): e1002440
DOI: 10.1371/journal.pcbi.1002440 .
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Imagen:
Degeneración macular asociada a la edad. 1: cámara posterior 2: ora serrata 3: músculo ciliar 4: ligamento suspensorio del lente 5: canal de Schlemm 6: pupila 7: cámara anterior 8: córnea 9: iris 10: cortex del cristalino 11: núcleo del cristalino 12: cuerpo ciliar 13: conjuntiva 14: músculo oblícuo inferior 15: músculo recto inferior 16: músculo recto medial 17: arterias y venas retinianas 18: papila (punto ciego) 19: duramadre 20: arteria central retiniana 21: vena central retiniana 22: nervio óptico 23: vena vorticosa 24: conjuntiva bulbar 25: mácula 26: fóvea 27: esclerótica 28: coroides 29: músculo recto superior 30: retina. De Wikipedia.
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