Naczynia włosowate siatkówki są niezbędne do utrzymania homeostazy siatkówki i funkcji wzrokowych. Rzeczywiście, ich zwyrodnienie we wczesnej cukrzycy jest silnie związane z rozwojem zagrażających wzrokowi powikłań retinopatii cukrzycowej (DR), choroby mikronaczyniowej, która dotyka prawie 40% wszystkich osób z cukrzycą1. Zapalenie naczyń krwionośnych w znacznym stopniu przyczynia się do zwyrodnienia naczyń włosowatych siatkówki w DR. Wcześniejsze badania wykazały ważną rolę nieprawidłowych sygnałów molekularnych i biochemicznych w zapaleniu naczyń siatkówki wywołanym cukrzycą2,3. Jednak ostatnie prace wprowadziły nowy paradygmat patogenezy DR, który identyfikuje usztywnienie naczyń włosowatych siatkówki jako kluczowy, ale wcześniej nierozpoznany czynnik zapalenia i zwyrodnienia naczyń siatkówki4,5,6.
W szczególności, wywołany cukrzycą wzrost sztywności naczyń włosowatych siatkówki jest spowodowany regulacją w górę enzymu sieciującego kolagen oksydazy lizylowej (LOX) w komórkach śródbłonka siatkówki (ECs), co usztywnia macierz podśródbłonkową (błonę podstawną)4,5,6. Usztywnienie macierzy z kolei usztywnia leżące nad siatkówką EC (ze względu na mechaniczną wzajemność), prowadząc w ten sposób do ogólnego wzrostu sztywności naczyń włosowatych siatkówki4. Co najważniejsze, samo to usztywnienie naczyń włosowatych siatkówki wywołane cukrzycą może sprzyjać aktywacji EC siatkówki i śmierci EC za pośrednictwem stanu zapalnego. Ta mechaniczna regulacja wad EC siatkówki może być przypisana zmienionej mechanotransdukcji śródbłonka, procesowi, w którym sygnały mechaniczne są przekształcane w sygnały biochemiczne w celu wytworzenia odpowiedzi biologicznej7,8,9. Co ważne, zmienione sygnały mechaniczne EC i struktura macierzy podśródbłonkowej są również związane ze zwyrodnieniem naczyniówek związanym ze zwyrodnieniem plamki żółtej związanym z wczesnym wiekiem (AMD)10,11,12, co świadczy o szerszych implikacjach mechanobiologii naczyń w chorobach zwyrodnieniowych siatkówki.
Warto zauważyć, że usztywnienie naczyń włosowatych siatkówki występuje we wczesnym stadium cukrzycy, co zbiega się z początkiem zapalenia siatkówki. W związku z tym wzrost sztywności naczyń włosowatych siatkówki może służyć zarówno jako cel terapeutyczny, jak i wczesny marker diagnostyczny DR. W tym celu ważne jest uzyskanie wiarygodnych i bezpośrednich pomiarów sztywności naczyń włosowatych siatkówki i macierzy podśródbłonkowej. Można to osiągnąć za pomocą mikroskopu sił atomowych (AFM), który oferuje unikalną, czułą, dokładną i niezawodną technikę bezpośredniego pomiaru sztywności komórek, macierzy zewnątrzkomórkowej i tkanek13. AFM przykłada niewielką (nanoniutonową) siłę wgłębienia na próbkę, której sztywność określa stopień, w jakim wgłębienie AFM wygina się - im sztywniejsza próbka, tym bardziej wygina się wspornik i odwrotnie. Intensywnie używaliśmy AFM do pomiaru sztywności hodowanych komórek śródbłonka, matryc subśródbłonkowych i izolowanych naczyń włosowatych siatkówki myszy4,5,6,11,12. Te pomiary sztywności AFM pomogły zidentyfikować mechanobiologię śródbłonka jako kluczowy czynnik determinujący patogenezę DR i AMD. Aby poszerzyć zakres mechanobiologii w badaniach nad wzrokiem, poniżej przedstawiamy przewodnik krok po kroku dotyczący stosowania AFM do pomiarów sztywności izolowanych naczyń włosowatych siatkówki myszy i macierzy podśródbłonkowej.