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El tráfico de células inmunitarias antes de la hiperglucemia subyace en la cataratogénesis diabética subclínica Resumen Antecedentes Este trabajo aclara las primeras causas celulares y moleculares de la cataratogénesis. El paradigma actual presupone niveles elevados de glucosa en sangre como requisito previo en la cataratogénesis diabética. La evidencia novedosa en nuestro modelo de catarata diabética desafía esta noción e introduce la migración de células inmunitarias al cristalino y la transformación epitelial-mesenquimatosa (EMT) de las células epiteliales del cristalino (LEC) como causas subyacentes. Métodos La escasez de modelos animales adecuados ha obstaculizado los estudios mecanísticos de la catarata diabética, ya que la mayoría de los estudios se llevaron a cabo tradicionalmente en animales hiperglucémicos inducidos de forma aguda. Introdujimos la catarata diabética en la rata de hierba del Nilo (NGR) que desarrolla espontáneamente diabetes tipo 2 (T2D) y mostramos su cercanía a la condición humana. La microscopía estereoscópica especializada con iluminación dual de campo brillante reveló nuevas microlesiones hiperreflectantes en forma de puntos en las regiones corticales internas del cristalino. Para estudiar la migración de células inmunitarias al cristalino, desarrollamos una técnica única de microscopía in situ del globo ocular interno en combinación con inmunohistoquímica. Resultados Contrariamente al paradigma existente, en aproximadamente la mitad de los animales, las microlesiones en forma de puntos hiperreflectantes recientemente introducidas precedieron a la hiperglucemia. A pesar de que los animales eran normoglucémicos, encontramos cambios significativos en su prueba de tolerancia a la glucosa oral (OGTT), indicativos de la etapa prediabética. Las microlesiones se acompañaron de una importante migración de células inmunitarias desde los cuerpos ciliares hasta el cristalino, como se revela en nuestra novedosa técnica de microscopía in situ. Las células inmunes se adhirieron a la superficie del cristalino, algunas atravesaron la cápsula del cristalino y se colocalizaron con núcleos apoptóticos de las células epiteliales del cristalino (LEC). Las degradaciones extracelulares, las acumulaciones de material amorfo y los cambios en las expresiones de E-cadherina mostraron una transformación epitelial-mesenquimatosa (EMT) en LEC. Posteriormente, la desintegración de la fibra del cristalino y la progresión de la catarata se extendieron a cataratas subcapsulares corticales, posteriores y anteriores. |
Figura: Nuevas tecnologías habilitadoras en imágenes de cataratas. Un esquema de la iluminación dual, necesaria para la visualización estereomicroscópica de las nuevas microlesiones hiperreflectantes. B Imagen de campo claro de las primeras microlesiones detectables in vivo en catarata diabética en la etapa de anillo punteado. C Estereomicroscopía de CEP junto con las microlesiones hiperreflectantes (flecha). D Falta de contraste para las microlesiones en forma de puntos en la biomicroscopía con lámpara de hendidura. E Descripción general de la novedosa técnica de microscopía del medio globo anterior para obtener imágenes de las zónulas intactas en su posición original. Los iluminadores externos en combinación con la microscopía de epifluorescencia proporcionan una imagen 3D combinada de los cuerpos ciliares, las zónulas y las células migratorias.
Conclusiones
Nuestros resultados establecen un papel novedoso para las células inmunitarias en la transformación y muerte de LEC. El hecho de que la formación de cataratas preceda a la hiperglucemia desafía el paradigma predominante de que la glucosa inicia o es necesaria para iniciar la patogenia.
La nueva evidencia muestra que las complicaciones moleculares y celulares de la diabetes comienzan durante el estado prediabético. Estos resultados tienen ramificaciones previsibles para el diagnóstico precoz, la prevención y el desarrollo de nuevas estrategias de tratamiento en pacientes con diabetes.
Comentarios
Los nuevos hallazgos de los investigadores del Brigham and Women's Hospital, miembro fundador del sistema de atención médica Mass General Brigham, contradicen las nociones anteriores sobre el papel del azúcar en la aparición de cataratas diabéticas. Usando un modelo animal que recapitula más de cerca la diabetes tipo 2 en humanos, el equipo de investigación encontró signos tempranos de daño en el ojo antes del inicio de la diabetes tipo 2, lo que sugiere que las complicaciones diabéticas pueden comenzar durante el estado prediabético. Los resultados se publican en el Journal of Biomedical Science.
Una trampa en el proceso científico no es que una teoría pueda ser falsa, sino que se da por sentado cuando parece lógico y no se cuestiona con nuevos experimentos”, dijo Ali Hafezi-Moghadam, MD, PhD, director de Molecular Biomarkers Nano. -Laboratorio de Imágenes (MBNI) en el Departamento de Radiología de Brigham y profesor asociado en la Facultad de Medicina de Harvard. "La evidencia que hemos recopilado aquí cuestiona la teoría creída durante mucho tiempo sobre las cataratas diabéticas, y nos ruega que reexaminemos el dogma actual en el que se ha confiado para explicar las cataratas asociadas a la diabetes".
Las cataratas, la opacidad del cristalino del ojo, son la principal causa de ceguera en todo el mundo y son una complicación común de la diabetes tipo 2. La hipótesis actual detrás del desarrollo de cataratas diabéticas se denomina "hipótesis del azúcar" y sugiere que el nivel alto de azúcar en la sangre, un sello distintivo de la diabetes, precede al desarrollo de cataratas. Los supuestos de trabajo que subyacen a la hipótesis del azúcar describen que los niveles más altos de glucosa en el cristalino de las personas con diabetes se convierten en una molécula de alcohol de azúcar llamada sorbitol, que induce cambios estructurales en el cristalino del ojo que preceden al desarrollo de cataratas. Si bien no está probado, los investigadores rara vez investigan más esta teoría debido a la naturaleza tratable de las cataratas.
Hafezi-Moghadam y sus colegas estudiaron la rata de hierba del Nilo, un modelo que, según informaron originalmente, desarrolla diabetes tipo 2 espontáneamente cuando se mantiene en cautiverio y se parece mucho a la afección en los humanos. Al igual que los humanos con diabetes tipo 2, estos animales primero desarrollan resistencia a la insulina y niveles altos de insulina en sangre antes de que su nivel de glucosa en sangre se eleve por encima de lo normal. Utilizando una técnica especializada denominada microscopía estereoscópica con iluminación dual de campo brillante, los investigadores observaron el desarrollo de microlesiones en forma de puntos, que predisponían a la formación de cataratas, en las regiones corticales internas del cristalino. Inesperadamente, notaron que en casi la mitad de los animales probados, estas microlesiones aparecieron antes de que los animales desarrollaran hiperglucemia o azúcar en sangre alta, lo que sugiere que no fueron los niveles elevados de glucosa en sangre los que llevaron al desarrollo de cataratas.
En cambio, los investigadores identificaron que las células inmunitarias estaban migrando desde estructuras especializadas en el ojo llamadas cuerpos ciliares hacia el cristalino. En estas áreas, donde las células inmunitarias atravesaron la cápsula del cristalino, encontraron que las células epiteliales que normalmente cubren la superficie interna de la cápsula del cristalino cambiaron de identidad y se comportaron de manera diferente. Estos cambios, también conocidos como transformación epitelial-mesenquimatosa (EMT), fueron seguidos por un crecimiento celular aparentemente desorganizado, muerte celular y migraciones celulares hacia el cuerpo del cristalino. En algunas regiones, las células recién transformadas simplemente abandonaron sus posiciones originales y se abrieron paso hacia la lente. Tales cambios celulares, por pequeños que sean en dimensiones, comprometen significativamente la función del cristalino.
Si bien aún es demasiado pronto para decir qué causa exactamente que las células inmunitarias y las células epiteliales se comporten de la manera en que lo hacen, los investigadores concluyen que su estudio insta a una mayor investigación de las teorías predominantes. También puede acercar a la comunidad médica a la comprensión de los mecanismos celulares subyacentes a los orígenes de las complicaciones diabéticas durante la etapa prediabética de la enfermedad. Y una vez que entendamos la patogénesis, prevé Hafezi-Moghadam, podemos comenzar a buscar cómo prevenir que las personas con diabetes desarrollen cataratas y potencialmente otras complicaciones en otras partes del cuerpo.
“Aunque hoy en día las cataratas se eliminan fácilmente con cirugía, este procedimiento conlleva el riesgo de complicaciones y es costoso, tanto para las personas como para nuestro sistema de atención médica”, dijo Hafezi-Moghadam. “Con más de 500 millones de personas en todo el mundo y 37 millones de estadounidenses que tienen diabetes, la gran mayoría de los cuales tienen tipo 2, existe un incentivo para tratar de encontrar formas no quirúrgicas de prevenir, retrasar o incluso revertir esta complicación. Tal vez algún día sea posible evitar realizar estas cirugías por completo. Y eso requiere que volvamos a los conceptos básicos de los procesos celulares que subyacen al desarrollo de las cataratas”.
Financiamiento: Este trabajo fue apoyado por NIH Impact Award (DK108238-01, AHM) y JDRF)