Il traffico di cellule immunitarie prima dell’iperglicemia è alla base della cataratogenesi diabetica subclinica Riepilogo Sfondo Questo lavoro chiarisce le prime cause cellulari e molecolari della cataratogenesi. Il paradigma attuale presuppone elevati livelli di glucosio nel sangue come prerequisito nella cataratogenesi diabetica. Nuove prove nel nostro modello di cataratta diabetica mettono in discussione questa nozione e introducono la migrazione delle cellule immunitarie nel cristallino e la trasformazione epiteliale-mesenchimale (EMT) delle cellule epiteliali del cristallino (LEC) come cause sottostanti. Metodi La scarsità di modelli animali idonei ha ostacolato gli studi meccanicistici sulla cataratta diabetica, poiché la maggior parte degli studi venivano tradizionalmente condotti su animali con iperglicemia indotta acuta. Abbiamo introdotto la cataratta diabetica nel ratto dell’erba del Nilo (NGR) che sviluppa spontaneamente il diabete di tipo 2 (T2D) e abbiamo mostrato la sua vicinanza alla condizione umana. La microscopia stereoscopica specializzata con doppia illuminazione in campo chiaro ha rivelato nuove microlesioni iperriflettenti puntiformi nelle regioni corticali interne del cristallino. Per studiare la migrazione delle cellule immunitarie verso il cristallino, abbiamo sviluppato una tecnica unica di microscopia in situ del bulbo oculare interno in combinazione con l’immunoistochimica. Risultati Contrariamente al paradigma esistente, in circa la metà degli animali, le microlesioni puntiformi iperriflettenti recentemente introdotte hanno preceduto l’iperglicemia. Sebbene gli animali fossero normoglicemici, abbiamo riscontrato cambiamenti significativi nel test di tolleranza al glucosio orale (OGTT), indicativo dello stadio prediabetico. Le microlesioni erano accompagnate da una significativa migrazione di cellule immunitarie dai corpi ciliari al cristallino, come rivelato dalla nostra nuova tecnica di microscopia in situ. Le cellule immunitarie aderivano alla superficie del cristallino, alcune passavano attraverso la capsula del cristallino e si colocalizzavano con i nuclei apoptotici delle cellule epiteliali del cristallino (LEC). Le degradazioni extracellulari, gli accumuli di materiale amorfo e i cambiamenti nelle espressioni della E-caderina hanno mostrato una trasformazione epiteliale-mesenchimale (EMT) nella LEC. Successivamente, la disintegrazione delle fibre del cristallino e la progressione della cataratta si sono estesi alla cataratta sottocapsulare corticale, posteriore e anteriore. |
Figura : Nuove tecnologie abilitanti nelle immagini della cataratta. Uno schema della doppia illuminazione, necessaria per la visualizzazione stereomicroscopica delle nuove microlesioni iperriflettenti. B Immagine in campo chiaro delle prime microlesioni rilevabili in vivo nella cataratta diabetica allo stadio di anello puntato. C Stereomicroscopia della CEP insieme alle microlesioni iperriflettenti (freccia). D Mancanza di contrasto per microlesioni puntiformi alla biomicroscopia con lampada a fessura. E Panoramica della nuova tecnica di microscopia a semiglobo anteriore per l’immagine delle zonule intatte nella loro posizione originale. Gli illuminatori esterni in combinazione con la microscopia a epifluorescenza forniscono un’immagine 3D combinata di corpi ciliari, zonule e cellule migranti.
Conclusioni
I nostri risultati stabiliscono un nuovo ruolo per le cellule immunitarie nella trasformazione e morte delle LEC. Il fatto che la formazione della cataratta preceda l’iperglicemia mette in discussione il paradigma prevalente secondo cui il glucosio avvia o è necessario per avviare la patogenesi.
Prove emergenti mostrano che le complicanze molecolari e cellulari del diabete iniziano durante lo stato prediabetico. Questi risultati hanno conseguenze prevedibili per la diagnosi precoce, la prevenzione e lo sviluppo di nuove strategie di trattamento nei pazienti con diabete.
Commenti
Le nuove scoperte dei ricercatori del Brigham and Women’s Hospital, membro fondatore del sistema sanitario Mass General Brigham, contraddicono le precedenti nozioni sul ruolo dello zucchero nello sviluppo della cataratta diabetica. Utilizzando un modello animale che ricapitola più da vicino il diabete di tipo 2 negli esseri umani, il gruppo di ricerca ha trovato i primi segni di danno oculare prima della comparsa del diabete di tipo 2, suggerendo che le complicanze diabetiche possono iniziare durante lo stato prediabetico. . I risultati sono pubblicati sul Journal of Biomedical Science .
Una trappola nel processo scientifico non è che una teoria possa essere falsa, ma che venga data per scontata quando sembra logica e non venga messa alla prova con nuovi esperimenti”, ha affermato Ali Hafezi-Moghadam, MD, PhD, direttore di Molecular Biomarkers Nano . -Imaging Laboratory (MBNI) presso il Dipartimento di Radiologia di Brigham e professore associato presso la Harvard Medical School. "Le prove che abbiamo raccolto qui mettono in discussione la vecchia teoria della cataratta diabetica e ci implora di riesaminare l’attuale dogma su cui si è fatto affidamento per spiegare la cataratta associata al diabete."
La cataratta, l’opacizzazione del cristallino dell’occhio, è la principale causa di cecità in tutto il mondo e una complicanza comune del diabete di tipo 2. L’ipotesi attuale dietro lo sviluppo della cataratta diabetica è chiamata "ipotesi dello zucchero" e suggerisce che un alto livello di zucchero nel sangue, un segno distintivo del diabete, precede lo sviluppo della cataratta. Le ipotesi di lavoro alla base dell’ipotesi dello zucchero descrivono che livelli più elevati di glucosio nel cristallino delle persone con diabete vengono convertiti in una molecola di alcol zuccherino chiamata sorbitolo, che induce cambiamenti strutturali nel cristallino dell’occhio che precedono lo sviluppo della cataratta. Anche se non provata, i ricercatori raramente indagano ulteriormente su questa teoria a causa della natura curabile della cataratta.
Hafezi-Moghadam e i suoi colleghi hanno studiato il ratto dell’erba del Nilo, un modello che originariamente avevano riferito sviluppasse spontaneamente il diabete di tipo 2 quando tenuto in cattività e somigliava molto alla condizione umana. Come gli esseri umani con diabete di tipo 2, questi animali sviluppano prima la resistenza all’insulina e livelli elevati di insulina nel sangue prima che il livello di glucosio nel sangue salga al di sopra del normale. Utilizzando una tecnica specializzata chiamata microscopia stereoscopica a doppia illuminazione a campo chiaro, i ricercatori hanno osservato lo sviluppo di microlesioni a forma di punto , che predispongono alla formazione di cataratta, nelle regioni corticali interne del cristallino. Inaspettatamente, hanno notato che in quasi la metà degli animali testati, queste microlesioni apparivano prima che gli animali sviluppassero iperglicemia, o livelli elevati di zucchero nel sangue, suggerendo che non erano stati elevati livelli di glucosio nel sangue a portare allo sviluppo della cataratta.
Invece, i ricercatori hanno identificato che le cellule immunitarie stavano migrando da strutture specializzate nell’occhio chiamate corpi ciliari verso il cristallino. In queste aree, dove le cellule immunitarie passavano attraverso la capsula del cristallino, hanno scoperto che le cellule epiteliali che normalmente ricoprono la superficie interna della capsula del cristallino cambiavano identità e si comportavano diversamente. Questi cambiamenti, noti anche come trasformazione epiteliale-mesenchimale (EMT), sono stati seguiti da crescita cellulare apparentemente disorganizzata, morte cellulare e migrazioni cellulari verso il corpo del cristallino. In alcune regioni, le cellule appena trasformate abbandonavano semplicemente la loro posizione originale e si dirigevano verso il cristallino. Tali cambiamenti cellulari, non importa quanto piccoli nelle dimensioni, compromettono significativamente la funzione della lente.
Anche se è ancora troppo presto per dire cosa causi esattamente il comportamento delle cellule immunitarie e delle cellule epiteliali, i ricercatori concludono che il loro studio richiede ulteriori indagini sulle teorie prevalenti. Potrebbe anche avvicinare la comunità medica alla comprensione dei meccanismi cellulari alla base delle origini delle complicanze diabetiche durante la fase prediabetica della malattia. E una volta compresa la patogenesi, prevede Hafezi-Moghadam, potremo iniziare a cercare come impedire alle persone con diabete di sviluppare cataratta e potenzialmente altre complicazioni in altre parti del corpo.
"Anche se oggi la cataratta può essere facilmente rimossa con un intervento chirurgico, questa procedura comporta il rischio di complicazioni ed è costosa, sia per i singoli individui che per il nostro sistema sanitario", ha affermato Hafezi-Moghadam. “Con oltre 500 milioni di persone in tutto il mondo e 37 milioni di americani che soffrono di diabete, la stragrande maggioranza dei quali ha il diabete di tipo 2, c’è un incentivo a cercare di trovare modi non chirurgici per prevenire, ritardare o addirittura invertire questa complicanza. . Forse un giorno sarà possibile evitare del tutto di eseguire questi interventi. E questo ci impone di tornare alle basi dei processi cellulari alla base dello sviluppo della cataratta”.
Finanziamento : questo lavoro è stato sostenuto da NIH Impact Award (DK108238-01, AHM) e JDRF)
