A técnica F-Org detecta doenças oculares precoces através da análise de resposta à luz

As doenças oculares geralmente se desenvolvem assintomaticamente por muitos anos. Os cientistas da ICTER desenvolveram a técnica F-Org, que analisa a reação da retina à luz, ajudando a detectar perigo antes que os primeiros sintomas apareçam. Nova pesquisa prova que mesmo as menores mudanças nos fotorreceptores podem ser detectadas dessa maneira.

A retina é uma estrutura extremamente complexa que atua como um “transdutor” biológico da luz em sinais neurais. É aqui, na camada de fotorreceptores – cóneis e hastes – que o processo de visão começa. A luz atingindo os segmentos externos dessas células inicia uma série de reações bioquímicas conhecidas como fototransdução. Durante esse processo, o comprimento dos fotorreceptores muda e essas alterações microscópicas – invisíveis a olho nu – agitam informações sobre a saúde da retina.

Métodos de diagnóstico desenvolvidos anteriormente, como a eletrorretinografia (ERG), permitiram a avaliação da função dos fotorreceptores, mas eles têm muitas limitações. Eles exigem contato com a superfície ocular, adaptação a longo prazo à escuridão e procedimentos complicados. Eles também são desconfortáveis ​​para os pacientes, especialmente crianças e idosos.

Cientistas do International Center for Eye Research (ICTER) se propuseram a encontrar uma maneira de superar essas limitações. Eles desenvolveram uma técnica inovadora chamada “Flicker optoretinografia” (F-ORG), que facilita o monitoramento rápido, não invasivo e preciso dos processos que ocorrem nos fotorreceptores. Esse método pode revolucionar o diagnóstico de doenças da retina, como degeneração macular, retinite pigmentosa e distrofias congênitas da retina.

Os resultados são publicados na revista Anais da Academia Nacional de Ciências Em um artigo intitulado, “O Flopic Flicker Opttoretinography captura a modulação do comprimento da luz dos fotorreceptores durante a fototransdução”.

“Nosso método permite o rastreamento de mecanismos moleculares de fototransdução sem a necessidade de exposição prolongada à escuridão e sem contato com a superfície do olho. Este é um passo significativo no diagnóstico de doenças da retina”, explica o professor Maciej Wojtowski, co-autor do estudo.

‘Ultrassom’ para fotorreceptores

A eletrorretinografia de Flicker (F-ERG) é uma ferramenta valiosa e usada com sucesso para estudar as funções fisiológicas da retina. No entanto, o método F-ERG tem suas deficiências, portanto, os cientistas da ICTER decidiram desenvolver seu equivalente óptico. O flertetinografia de flerte (F-ORG) é uma tecnologia que permite a observação em tempo real das mudanças físicas que ocorrem nos segmentos externos dos fotorreceptores do olho. Essas alongamentos de nível molecular são o resultado de alterações conformacionais na proteína da fosfodiesterase 6 (PDE6).

Os fotorreceptores de cone e haste são células extremamente sensíveis que respondem à luz alonga ou reduzindo seus segmentos externos (OS). Essas mudanças no comprimento do sistema operacional refletem a atividade funcional e a saúde da retina. A técnica F-Org pode registrar esses fenômenos de nível molecular usando a tomografia óptica espacial-temporal OCT (STOC-T), que permite imagens precisas da arquitetura da retina na faixa de nanômetros.

A publicação atual representa outro avanço para a equipe ICTER com foco no F-Org. Em 2022, o grupo de pesquisa do Prof. Wojtkowski mostrou que é possível realizar medições de F-ORG em uma ampla faixa de frequência (até 50 Hz) e, em 2024, propuseram uma nova abordagem para as medidas de F-ORG que possibilitam a determinação rápida das características de frequência dos fotorrendores.

“O STOC-T é um verdadeiro avanço. Graças a isso, podemos rastrear de maneira invasiva como os fotorreceptores individuais reagem à luz. É como ter um microscópio que funciona diretamente nos olhos do paciente”, exclama Andrea Curatolo, Ph.D.

Por que o PDE6 é tão importante?

A fosfodiesterase 6 (PDE6) é uma enzima chave na fototransdução, o processo pelo qual a luz é convertida em sinais elétricos que o cérebro interpreta como imagens. O PDE6 está localizado nos segmentos externos dos fotorreceptores de haste e cone e atua como um regulador do sinal de luz. Sua tarefa é quebrar o cGMP (monofosfato de guanoesina cíclica), que mantém os canais de íons abertos no escuro, permitindo que os íons de sódio e cálcio fluam para a célula.

Quando a luz atinge a retina, a via de sinalização da rodopsina é ativada nos fotorreceptores, resultando na estimulação do PDE6. Essa enzima quebra rapidamente o cGMP, fazendo com que os canais de íons fechem e o fluxo de íons diminua. A mudança resultante no potencial elétrico das células fotorreceptoras é a primeira etapa na transmissão de informações visuais ao cérebro.

“O PDE6 é um interruptor molecular que regula a sensibilidade dos fotorreceptores à luz. Sua ativação é como pressionar o pedal do freio em um carro – a luz é o estímulo que inicia esse processo e o PDE6 decide o quão forte será a resposta”, explica Sławomir Tomczewski, Ph.D.D.D. Eng, o principal autor do estudo.

A fototransdução é um processo que dura apenas frações de segundo de cada vez, mas nossa capacidade de ver depende de sua capacidade de reciclar repetidamente de maneira precisa. Os distúrbios no funcionamento da enzima reguladora do PDE6 estão associados a muitas doenças da retina, incluindo retinite pigmentosa e distrofias da retina. A nova técnica F-Org permite a observação direta dos efeitos da ação dessa enzima em tempo real, o que oferece aos cientistas e médicos uma nova ferramenta para estudar o início e a progressão das doenças da retina e avaliar a eficácia dos tratamentos com drogas e terapias genéticas.

Como os estudos foram realizados?

Após estabelecer sua segurança em estudos pré-clínicos, a técnica F-Org foi testada em um grupo de voluntários saudáveis ​​para confirmar sua eficácia no rastreamento de mudanças dinâmicas nos fotorreceptores e para examinar o papel da proteína PDE6 nesse processo. Os participantes foram submetidos a uma adaptação curta e de um minuto à luz, o que é uma diferença significativa em comparação com os métodos tradicionais que exigem uma longa estadia no escuro. Em seguida, suas retinas foram estimuladas com a luz de uma frequência variável – de 1,5 Hz a 45 Hz – e alterações no comprimento dos segmentos externos do fotorreceptor foram registrados.

A técnica STOC-T, realizando cerca de 200 varreduras tridimensionais por segundo, permitiu a observação de extensões oscilatórias sutis dessas estruturas sob a influência da luz. As medidas mostraram que a extensão observada dos fotorreceptores é consistente com as previsões teóricas sobre a ativação da cascata de fototransdução.

Na próxima etapa dos experimentos, o sildenafil, um inibidor de PDE6 conhecido por seu efeito de bloqueio no processo de fototransdução, foi administrado para testar seu efeito na resposta do fotorreceptor. Como previsto, foi observado um enfraquecimento significativo da resposta dos fotorreceptores, que confirmou o papel principal do PDE6 no mecanismo de alongamento dos segmentos externos das células fotossensíveis.

“Este foi um momento de avanço. Após a administração de sildenafil, a resposta dos fotorreceptores diminuiu significativamente. Os resultados obtidos parecem confirmar que são de fato as mudanças conformacionais na proteína PDE6 que são responsáveis ​​pelo alongamento dos segmentos externos sob a influência da luz”, diz Tomczewski.

Para que serve a f-org?

Doenças da retina, como degeneração macular relacionada à idade (AMD), retinite pigmentosa ou distrofias congênitas, geralmente se desenvolvem despercebidas por muitos anos. Seu diagnóstico precoce é extremamente difícil porque os primeiros sintomas clínicos aparecem quando um número substancial de fotorreceptores já está irreversivelmente danificado.

Os métodos de diagnóstico atuais se concentraram na observação visual de alterações estruturais e medidas da atividade elétrica da retina, omitindo alterações estruturais sutis no nível molecular. O F-ORG preenche essa lacuna, permitindo a gravação de alterações no comprimento dos segmentos externos dos fotorreceptores, que é um indicador direto dos processos que ocorrem na retina durante a recepção da luz.

“Graças ao F-Org, podemos observar as reações da retina em tempo real. É como monitorar a operação de um mecanismo sem precisar desmontá-lo”, explica o Prof. Wojtkowski.

As aplicações potenciais da técnica F-Org são extensas. Devido à capacidade de registrar as reações dos fotorreceptores em uma nanoescala, os médicos poderão detectar mudanças patológicas muito antes do que no caso dos métodos tradicionais. A nova técnica pode ser usada não apenas em oftalmologia, mas também em neurologia e para pesquisa sobre neurodegeneração. A retina é uma “janela” natural para o sistema nervoso e pode fornecer informações valiosas sobre o funcionamento do cérebro.

“A técnica F-Org nos permite entender os mecanismos da função de fotorreceptores e, no futuro, pode ajudar a encontrar as fontes de doenças neurodegenerativas em um nível não visto antes na pesquisa oftalmológica”, proclama Tomczewski.

O futuro do F-Org na prática clínica

Os cientistas da ICTER planejam desenvolver ainda mais a tecnologia F-Org e adaptá-la para aplicações clínicas. Atualmente, os preparativos estão em andamento para estudos sobre pacientes com sintomas precoces de degeneração macular e retinite pigmentosa. Também existem planos para desenvolver uma versão portátil do dispositivo que possa ser usada nos escritórios dos oftalmologistas e até para testes de triagem de populações com maior risco de doenças da retina.

“Queremos que o F-Org se torne um padrão na oftalmologia. Esta é uma tecnologia que pode ajudar milhões de pacientes em todo o mundo, permitindo a detecção precoce de doenças e tratamento mais eficaz”, diz o Prof. Wojtkowski.

Os autores do artigo incluem Sławomir Tomczewski, Andrea Curatolo, Andrzej Foik, Piotr Węgrzyn, Bartłomiej Bałamut, Maciej Wielgo, Wiktor Kulesza, Anna Galińska, Humberzynanderna, Sahilatie, Gulsie, Gulantidão, Humberzyna, Sahilatie, Gulantie, Shilza, Shilatie, Gula, Shilza, Gulantie, Shilza, Shilatie, Gula Galińska. Palczewski, Maciej Wojtkowski.