ظهارة الشبكية الصبغية (RPE) هي طبقة أحادية من الخلايا الظهارية بعد الميتوتيكية وظيفيا وشديدة الاستقطاب والتي تشكل حاجزا بين المستقبلات الضوئية الحساسة للضوء في شبكية العين والدورة الدموية ، وهو سرير شعري يسمى المشيمة الشعرية. مثل دور الخلايا العصبية الداعمة للخلايا الدبقية ، يقوم RPE بوظائف لا تعد ولا تحصى لدعم المستقبلات الضوئية ، بما في ذلك البلعمة للأجزاء الخارجية للمستقبلات الضوئية ، ونقل العناصر الغذائية والدعم الأيضي للمستقبلات الضوئية ، وإفراز عوامل النمو الأساسية ، وكلها ضرورية للحفاظ على الوظيفة البصرية.
يكمن انحطاط RPE وراء العديد من الاضطرابات التنكسية الشائعة في الرؤية. في التنكس البقعي المرتبط بالعمر (AMD) ، وهو أحد الأسباب الأكثر شيوعا لفقدان البصر غير القابل للشفاء في العالم ، يموت RPE ، وبالتالي تعاني المستقبلات الضوئية العلوية من تنكس ثانوي. في اعتلال الشبكية الزجاجي التكاثري (PVR) ، يخرج RPE بدلا من ذلك من حالته الهادئة عادة بعد الانقسام ، ويتكاثر ويفوز إلى حالة اللحمة المتوسطة (ما يسمى بالانتقال الظهاري إلى اللحمة المتوسطة [EMT]) مع تغيرات في عملية التمثيل الغذائي. يؤدي عدم تمايز RPE إلى فقدان دعم RPE للمستقبلات الضوئية مع تحفيز حالة أكثر تليفية. ينتج عن هذا تنكس المستقبلات الضوئية والتندب الناجم عن RPE ، وكلاهما يؤدي إلى فقدان البصر 1,2.
جزء كبير من دعم RPE للمستقبلات الضوئية هو التمثيل الغذائي ، وعدم التنظيم الأيضي هو عامل حاسم في العديد من أمراض الشبكية ، بما في ذلك AMD و PVR. يعمل RPE كحاجز تنظيمي بين المستقبلات الضوئية ومصدرها للأكسجين والمواد المغذية ، المشيمية. وبالتالي ، فإن ما يختاره RPE لاستقلاب مقابل ما يختار RPE المرور من المشيمية إلى المستقبلات الضوئية يحكم بقوة استقلاب المستقبلات الضوئية والبقاء على قيد الحياة. أظهرت العديد من الدراسات أن RPE يعتمد بشكل كبير على استقلاب الميتوكوندريا لصحته الطبيعية ، وأن المستقبلات الضوئية تعتمد بدلا من ذلك بشكل كبير على تحلل السكر3. وقد أدخل هذا مفهوم الحالات الأيضية التكميلية والمتشابكة بين المستقبلات الضوئية و RPE. على وجه التحديد ، يقلل RPE من عملية التمثيل الغذائي للركائز الأيضية المفضلة للمستقبلات الضوئية ويستخدم بدلا من ذلك المنتجات الثانوية لعملية التمثيل الغذائي للمستقبلات الضوئية جنبا إلى جنب مع المستقلبات التي لا تستهلكها المستقبلات الضوئية. في أمراض مثل PVR و AMD ، تشير الأدلة بقوة إلى أن RPE يصبح أكثر تحلل للسكر وأقل اعتمادا على استقلاب الميتوكوندريا. قد يؤدي هذا التحول نحو تحلل السكر RPE إلى تجويع المستقبلات الضوئية للمستقلبات التي يحتاجها ، مما يؤدي إلى تنكس4،5،6. بالنظر إلى مدى ترابط RPE واستقلاب المستقبلات الضوئية ومقدار الأيض المتغير الذي يكمن وراء مرض الشبكية ، هناك اهتمام قوي بنمذجة ومعالجة استقلاب RPE لأغراض علاجية.
في حين أن دراسة استقلاب الميتوكوندريا RPE في الجسم الحي مثالية ، لا يمكن فحص العديد من جوانب استقلاب الميتوكوندريا RPE عمليا إلا في نظام الثقافة في المختبر. تم إحراز تقدم كبير نحو ثقافات RPE عالية الدقة في العقود العديدة الماضية ، لدرجة أن ثقافات RPE الأكثر عناية يتم استخدامها الآن للعلاج باستبدال الخلايا في التجارب السريرية البشرية7. للحفاظ على مثل هذه الثقافات عالية الدقة ، يجب أن تنمو RPE على ركائز معينة في وسائط معينة لعدة أشهر قبل التجريب. مع هذه الظروف ، يتم تمييز ثقافات RPE واستقطابها إلى أقصى حد ، وتقترب في RPE في الجسم الحي. لسوء الحظ ، لا توجد معدات متاحة حاليا يمكنها قياس استقلاب الميتوكوندريا على وجه التحديد من RPE في الجسم الحي. في حين تم تحقيق مراقبة الأكسجين لشبكة الشعيرات الدموية في شبكية العين في الجسم الحي باستخدام قياس التأكسجبالرنين المغنطيسي الإلكتروني (EPR) 8 ، فإن هذا غير ممكن لتحليل RPE. لم يتم وصف الاختلافات بين استقلاب RPE في الجسم الحي وفي المختبر بشكل جيد ، ولكن ثبت أن ثقافات RPE لها نشاط ميتوكوندريا مرتفع ، على غرار RPE في الجسم الحي 3,9 ، مما يشير إلى أنه يمكن الحصول على نظرة ثاقبة مهمة في استقلاب RPE للميتوكوندريا باستخدام ثقافات RPE عالية الدقة.
نظرا لأن جميع عمليات التمثيل الغذائي للميتوكوندريا تؤدي إلى استهلاك الأكسجين ، فإن قياس معدلات استهلاك الأكسجين RPE (OCR) هو وكيل مخلص لعملية التمثيل الغذائي للميتوكوندريا. كان قياس التعرف الضوئي على الحروف في ثقافات RPE أمرا صعبا ، حيث أن الظروف التي تعزز أقصى استقطاب وتمايز RPE غالبا ما تمنع قياسات OCR الدقيقة على المدى الطويل باستخدام التقنيات المتاحة حاليا ، مثل محلل فرس البحر. في ورقة الأساليب هذه ، يتم تقديم جهاز جديد ، يسمى Resipher (يشار إليه فيما يلي باسم "النظام") ، والذي يسمح بالقياس المستمر ل OCR على مدار أسابيع في RPE نمت في ظل ظروف تعزز الاستقطاب والتمايز إلى أقصى حد. إن السهولة التي يمكن بها قياس التعرف الضوئي على الحروف بواسطة هذا النظام في ظروف ثقافة RPE التي تعزز إلى أقصى حد تمايز RPE والاستقطاب فريدة من نوعها بين أجهزة قياس التعرف الضوئي على الحروف الحالية.
تقدم هذه الورقة نصائح وحيل لاستخدام النظام مع ثقافات RPE ، متبوعة بعرض توضيحي لتطبيقين معينين. أولا ، يتم تشغيل RPE EMT ، الذي يحاكي PVR ، من خلال التعرض لتحويل عامل النمو بيتا (TGFβ) 1،10،11،12. يستخدم النظام لمراقبة كيفية تطور استقلاب RPE أثناء عملية EMT. ثانيا ، يتم استكشاف دور نقص الأكسجة في استقلاب RPE باستخدام هذا النظام. نقص الأكسجة هو مساهم مهم في التسبب في AMD ، حيث تضعف المشيمية مع سن13,14. الجمع بين هذا النظام مع غرف نقص الأكسجة يسمح للمرء بنمذجة التمثيل الغذائي للميتوكوندريا RPE المتغير مع نقص الأكسجة الخفي الذي يصاحب الشيخوخة. أخيرا ، يتم تقديم آلة حاسبة عبر الإنترنت باستخدام بيانات Resipher للسماح للشخص بتحديد ما إذا كانت ثقافات RPE في ظروف نقص الأكسجين أو النورموكسيك أو فرط التأكسج. هذه المعلومات ضرورية لاستخلاص أي استنتاجات حول استقلاب RPE من دراسات ثقافة RPE في المختبر.