Três tipos de células ajudam o cérebro a diferenciar o dia da noite

Três tipos de células ajudam o cérebro a diferenciar o dia da noite

Pesquisadores do Salk identificam células sensíveis à luz em humanos que parecem ajudar a estabelecer ciclos saudáveis ​​de dia e noite

LA JOLLA — A luz brilhante à noite interrompe os ciclos diurnos e noturnos normais do corpo, chamados ritmos circadianos, e pode desencadear insônia. Na verdade, os ritmos circadianos desempenham um papel importante na saúde. Os ciclos diurnos e noturnos interrompidos têm sido associados ao aumento da incidência de doenças como câncer, doenças cardíacas, obesidade, transtornos depressivos e diabetes tipo 2 em pessoas que trabalham no turno da noite. Portanto, entender como os olhos humanos percebem a luz pode levar a luzes “inteligentes” que podem prevenir a depressão, promover o sono noturno e manter ritmos circadianos saudáveis.

Em um artigo do Ciência estudo publicado em 5 de dezembro de 2019, pesquisadores do Salk Institute relatam a descoberta de três tipos de células no olho que detectam a luz e alinham o ritmo circadiano do cérebro à nossa luz ambiente. O estudo marca a primeira avaliação direta em humanos das respostas à luz dessas células, chamadas células ganglionares da retina intrinsecamente fotossensíveis (ipRGCs) – e as implicações para a saúde são substanciais.

“Nós nos tornamos uma espécie predominantemente interna e somos removidos do ciclo natural da luz do dia durante o dia e da escuridão quase completa à noite”, diz Salk Professor Satchidananda Panda, autor sênior do artigo. “Entender como os ipRGCs respondem à qualidade, quantidade, duração e sequência de luz nos ajudará a projetar uma melhor iluminação para UTIs neonatais, UTIs, creches, escolas, fábricas, escritórios, hospitais, casas de repouso e até mesmo a estação espacial.”

Essa nova compreensão dos ipRGCs também pode alimentar pesquisas futuras para o desenvolvimento de iluminação terapêutica que pode tratar depressão, insônia, transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH), dor de enxaqueca e até problemas de sono entre pacientes com doença de Alzheimer.

“Também vai abrir uma série de caminhos para experimentar novos medicamentos ou trabalhar em doenças específicas que são específicas dos humanos”, diz Ludovic Mure, pesquisador de pós-doutorado no laboratório Panda e primeiro autor do novo estudo.

Embora ipRGCs tenham sido identificados antes em retinas de camundongos, essas células nunca haviam sido relatadas em humanos. Para o novo estudo, a equipe de Salk usou um novo método desenvolvido pelos coautores do estudo Anne Hanneken, do Scripps Research Institute, e Frans Vinberg, do John A. Moran Eye Center, da Universidade de Utah, para manter as amostras de retina saudáveis ​​e funcionais após a morte dos doadores. . Os pesquisadores então colocaram essas amostras em uma grade de eletrodos para estudar como elas reagiam à luz.

Eles descobriram que um pequeno grupo de células começou a disparar após apenas um pulso de luz de 30 segundos. Depois que a luz foi apagada, algumas dessas células demoraram vários segundos para parar de disparar. Os pesquisadores testaram várias cores de luz e descobriram que essas células “intrinsecamente fotossensíveis” eram mais sensíveis à luz azul – o tipo usado nas populares luzes LED brancas frias e em muitos de nossos dispositivos, como smartphones e laptops.

Experimentos de acompanhamento revelaram três tipos distintos de ipRGCs. O tipo 1 respondeu à luz com relativa rapidez, mas demorou muito para desligar. O tipo 2 demorava mais para ligar e também muito para desligar. O tipo 3 respondia apenas quando a luz era muito brilhante, mas eles ligavam mais rápido e apagavam assim que a luz se apagava. Entender como cada tipo de ipRGC funciona pode permitir que os pesquisadores projetem melhor a iluminação ou mesmo a terapêutica que pode ativar ou desativar a atividade celular.

O novo estudo realmente ajuda a explicar um fenômeno relatado em estudos anteriores de algumas pessoas cegas. Essas pessoas, apesar de não enxergarem, ainda são capazes de alinhar seu ciclo sono-vigília e ritmos circadianos a um ciclo dia-noite. Portanto, eles devem estar sentindo a luz de alguma forma.

Agora parece que os ipRGCs são as células responsáveis ​​por enviar esse sinal de luz ao cérebro, mesmo em pessoas que não possuem os bastonetes e cones necessários para transmitir uma imagem ao cérebro.

Também parece que, em pessoas com bastonetes e cones funcionais, os ipRGCs realmente trabalham em estreita colaboração com essas outras células visuais. O novo estudo sugere que os ipRGCs podem combinar sua própria luz sensivelmente com a luz detectada pelos bastonetes e cones para adicionar informações de brilho e contraste ao que vemos.

“Isso acrescenta outra dimensão ao projeto de televisores, monitores de computador e telas de smartphones melhores, nos quais a alteração da proporção de luz azul pode induzir o cérebro a ver uma imagem como brilhante ou escura”, diz Panda.

Panda diz que o próximo passo nesta pesquisa será estudar a saída líquida dessas células sob diferentes cores de luz, intensidade e duração – por exemplo, comparando como elas reagem a pulsos curtos de luz versus uma duração mais longa de alguns minutos. A equipe também está interessada em como as células reagem a sequências de luz, como uma luz azul que se torna laranja ou vice-versa, o que imitaria parte da variedade de luz que encontramos na natureza ao amanhecer e ao anoitecer.

“Repetir esses experimentos em preparações de retina de doadores de várias idades também nos ajudará a entender se ou em que medida indivíduos jovens e mais velhos diferem em sua função ipRGC, o que pode ajudar a projetar luz interna para melhor sincronização dia-noite em geral e talvez até mesmo em tais aplicações. como melhora do humor entre indivíduos mais velhos e pacientes com demência”, diz Panda.

Outros autores incluíram Frans Vinberg do John A. Moran Eye Center da Universidade de Utah e Anne Hanneken da Scripps Research.

O trabalho foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (concessões EY 016807 e EY026651), bolsas de fundações filantrópicas e bolsas da Fondation Fyssen e Catharina Foundation.

DOI: 10.1126/science.aaz0898