Tres tipos de células ayudan al cerebro a diferenciar el día de la noche

Tres tipos de células ayudan al cerebro a diferenciar el día de la noche

Los investigadores de Salk identifican células sensibles a la luz en humanos que parecen ayudar a establecer ciclos saludables de día y noche

LA JOLLA—La luz brillante en la noche interrumpe los ciclos normales de día y noche del cuerpo, llamados ritmos circadianos, y puede provocar insomnio. De hecho, los ritmos circadianos juegan un papel importante en la salud. Los ciclos de día y noche interrumpidos incluso se han relacionado con una mayor incidencia de enfermedades como cáncer, enfermedades cardíacas, obesidad, trastornos depresivos y diabetes tipo 2 en personas que trabajan en turnos de noche. Por lo tanto, comprender cómo los ojos humanos perciben la luz podría conducir a luces "inteligentes" que pueden prevenir la depresión, fomentar el sueño nocturno y mantener ritmos circadianos saludables.

En un Ciencia: estudio publicado el 5 de diciembre de 2019, los investigadores del Instituto Salk informan el descubrimiento de tres tipos de células en el ojo que detectan la luz y alinean el ritmo circadiano del cerebro con nuestra luz ambiental. El estudio marca la primera evaluación directa en humanos de las respuestas a la luz de estas células, llamadas células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC), y las implicaciones para la salud son sustanciales.

“Nos hemos convertido principalmente en una especie de interior, y estamos alejados del ciclo natural de la luz del día durante el día y de la oscuridad casi total durante la noche”, dice el profesor Salk. panda satchidananda, autor principal del artículo. "Comprender cómo responden los ipRGC a la calidad, cantidad, duración y secuencia de la luz nos ayudará a diseñar una mejor iluminación para las UCI neonatales, las UCI, las guarderías, las escuelas, las fábricas, las oficinas, los hospitales, las residencias de ancianos e incluso la estación espacial".

Esta nueva comprensión de los ipRGC también puede impulsar futuras investigaciones sobre el desarrollo de iluminación terapéutica que pueda tratar la depresión, el insomnio, el trastorno por déficit de atención e hiperactividad (TDAH), el dolor de migraña e incluso los problemas del sueño en pacientes con enfermedad de Alzheimer.

"También abrirá una serie de vías para probar nuevos medicamentos o trabajar en enfermedades particulares que son específicas de los humanos", dice Ludovic Mure, investigador postdoctoral en el laboratorio Panda y primer autor del nuevo estudio.

Si bien las ipRGC se habían identificado antes en retinas de ratones, estas células nunca se habían informado en humanos. Para el nuevo estudio, el equipo de Salk utilizó un nuevo método desarrollado por los coautores del estudio Anne Hanneken del Instituto de Investigación Scripps y Frans Vinberg del John A. Moran Eye Center de la Universidad de Utah para mantener las muestras de retina sanas y funcionales después de que los donantes fallecieran. . Luego, los investigadores colocaron estas muestras en una rejilla de electrodos para estudiar cómo reaccionaban a la luz.

Descubrieron que un pequeño grupo de células comenzó a dispararse después de solo un pulso de luz de 30 segundos. Después de apagar la luz, algunas de estas células tardaron varios segundos en dejar de disparar. Los investigadores probaron varios colores de luz y descubrieron que estas células "intrínsecamente fotosensibles" eran más sensibles a la luz azul, el tipo que se usa en las populares luces LED de color blanco frío y en muchos de nuestros dispositivos, como teléfonos inteligentes y computadoras portátiles.

Los experimentos de seguimiento revelaron tres tipos distintos de ipRGC. El tipo 1 respondió a la luz con relativa rapidez, pero tardó mucho en apagarse. El tipo 2 tardó más en encenderse y también mucho en apagarse. El tipo 3 respondió solo cuando una luz era muy brillante, pero se encendió más rápido y luego se apagó tan pronto como la luz se apagó. Comprender cómo funciona cada tipo de ipRGC puede permitir a los investigadores diseñar mejor la iluminación o incluso las terapias que pueden activar o desactivar la actividad celular.

El nuevo estudio en realidad ayuda a explicar un fenómeno informado en estudios anteriores de algunas personas ciegas. Estas personas, a pesar de no poder ver, aún pueden alinear su ciclo de sueño y vigilia y los ritmos circadianos a un ciclo de día y noche. Por lo tanto, deben estar sintiendo la luz de alguna manera.

Ahora parece que las ipRGC son las células responsables de enviar esa señal de luz al cerebro, incluso en personas que carecen de los bastones y conos necesarios para transmitir una imagen al cerebro.

También parece que, en personas con bastones y conos funcionales, las ipRGC en realidad trabajan en estrecha colaboración con estas otras células visuales. El nuevo estudio sugiere que los ipRGC pueden combinar su propia luz de manera sensible con la luz detectada por los bastones y conos para agregar información de brillo y contraste a lo que vemos.

“Esto agrega otra dimensión al diseño de mejores televisores, monitores de computadora y pantallas de teléfonos inteligentes en los que cambiar la proporción de luz azul puede engañar al cerebro para que vea una imagen brillante o tenue”, dice Panda.

Panda dice que el próximo paso en esta investigación será estudiar la producción neta de estas células bajo diferentes colores de luz, intensidad y duración, por ejemplo, comparando cómo reaccionan a pulsos cortos de luz frente a una duración más larga de unos pocos minutos. El equipo también está interesado en cómo reaccionan las células a las secuencias de luz, como una luz azul que se vuelve naranja o viceversa, lo que imitaría parte de la variedad de luz que encontramos en la naturaleza al amanecer y al atardecer.

"Repetir estos experimentos en preparaciones de retina de donantes de varias edades también nos ayudará a comprender si las personas jóvenes y mayores difieren en su función ipRGC, o en qué medida, lo que puede ayudar a diseñar luces interiores para una mejor sincronización de día y noche en general y tal vez incluso tales aplicaciones". como mejora del estado de ánimo entre las personas mayores y los pacientes con demencia”, dice Panda.

Otros autores incluyeron a Frans Vinberg del John A. Moran Eye Center de la Universidad de Utah y Anne Hanneken de Scripps Research.

El trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud (subvenciones EY 016807 y EY026651), subvenciones de fundaciones filantrópicas y becas de Fondation Fyssen y Catharina Foundation.

DOI: 10.1126/ciencia.aaz0898