Name: Soczewka oka ssaków w centrum uwagi: rozwój, anatomia, fizjologia, przejrzystość, biomechanika i wyzwania związane z wiekiem (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2026-05-29T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 8 s
Description: Poznaj rozwój i anatomię soczewki oka ssaków oraz jej rolę w procesie akomodacji i powstawaniu zaćmy. Przegląd omawia biomechanikę, przejrzystość oraz wyzwania związane z wiekiem.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Prace te zostały sfinansowane z grantu R01 EY032056 (dla CC) od National Eye Institute. Autorzy dziękują Isaiahowi J. Innisowi i Gryffinowi M. Flowersowi za pomocne komentarze.

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Soczewka oka jest, na pierwszy rzut oka, stosunkowo prostą tkanką składającą się z dwóch typów komórek: komórek nabłonkowych i komórek włókien. Większość masy soczewki stanowią komórki włókien, a przednią półkulę pokrywa warstwa pojedyncza komórek nabłonkowych1 (Rysunek 1A). Cała tkanka jest otoczona cienką błoną podstawną, zwaną torebką soczewki, która składa się głównie z kolagenu IV i lamininy, jak opisano w poprzednim przeglądzie2. Pozbawiona unaczynienia i unerwienia, soczewka jest zawieszona w przedniej komorze oka za pomocą elastycznych włókien zonularnych (tzw. zonul), łączących torebkę soczewki z ciałem rzęskowym1. Przednie lub centralne komórki nabłonka soczewki mają kształt sześcienny i są ułożone w strukturę przypominającą bruk3,4,5 (Rysunek 1A, jasnoniebieskie komórki, góra). Komórki te są spoczynkowe i nie proliferują6. Tuż przed równikiem soczewki, w strefie generatywnej, komórki nabłonka ulegają podziałom (Rysunek 1A, pomarańczowe komórki, góra po prawej), a te komórki równikowe migrują w stronę równika, gdzie układają się w uporządkowane rzędy południkowe o sześciokątnym kształcie7,8,9,10 (Rysunek 1A, zielone komórki, góra po prawej). Komórki rzędów południkowych kotwiczą swoje wierzchołki apikalne w punkcie podparcia soczewki lub modiolusie, a następnie zaczynają się wydłużać i różnicować w nowe wtórne komórki włókien (Rysunek 1A, dół po lewej). Wierzchołki apikalne włókien wtórnych migrują w stronę bieguna przedniego, oddziałując z powierzchnią apikalną komórek nabłonkowych, tworząc nietypowe połączenie apikalno-apikalne3 (Rysunek 1A, czerwona linia). Tylne wierzchołki bazalne nowo powstałych włókien rozciągają się w stronę bieguna tylnego, przemieszczając się wzdłuż torebki soczewki (Rysunek 1A, dół po lewej). Gdy wierzchołki wydłużających się komórek włókien dotrą do bieguna przedniego lub tylnego, komórki oddzielają się od przedniego nabłonka lub tylnej torebki i łączą się z wierzchołkami komórek rozciągającymi się z przeciwnej strony tkanki, tworząc szew11,12,13 (Rysunek 1A, góra po lewej). Komórki włókien soczewki w przekroju poprzecznym mają wydłużony sześciokątny kształt z 2 długimi/szerokimi bokami, 4 krótkimi bokami i 6 połączeń trójkomórkowych (Rysunek 1A, dół po prawej)14. Minimalna przestrzeń międzykomórkowa między sąsiednimi komórkami włókien ogranicza rozpraszanie światła14. Ciągłe dodawanie korowych komórek włókien na peryferiach, nakładających się na poprzednie generacje włókien, umożliwia dożywotni wzrost soczewki14,15. Środek soczewki nazywany jest jądrem; obszar ten charakteryzuje się zwiększoną sztywnością w porównaniu z obwodem lub korą, jak opisano w poprzednim przeglądzie16.
<img alt="Schemat budowy soczewki i obraz SEM włókien korowych, przedstawiający układ włókien i komórki nabłonka." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/70442/70442fig1.jpg" data-altupdatedat="1790654420000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Anatomia i budowa soczewki. (A) Soczewka składa się z monowarstwy komórek nabłonkowych (jasnoniebieskie, pomarańczowe i jasnozielone) pokrywającej przednią półkulę oraz masy włókien soczewki (białe i różowe). Cienka błona kolagenowa, znana jako torebka soczewki (beżowa), otacza tkankę. Soczewka jest zawieszona w przedniej komorze oka za pomocą włókien zonularnych (zonule) wczepionych w torebkę wokół równika soczewki. Przednie/centralne komórki nabłonka (jasnoniebieskie, góra) mają kształt sześcianowy i strukturę brukową w przekroju poprzecznym. Nabłonkowe komórki równikowe (pomarańczowe) w strefie germinatywnej przekształcają się z komórek ułożonych chaotycznie (pomarańczowe) w zorganizowane południkowe rzędy komórek sześciokątnych (zielone). Komórki rzędów południkowych wydłużają się, tworząc nowe warstwy wtórnych komórek włókien korowych (białe) na obwodzie soczewki. Wierzchołki apikalne nowo powstałych włókien wtórnych zakotwiczają się w punkcie podparcia/modiolusie (obramowanie w kolorze niebiesko-fioletowym, dół po lewej). Wierzchołki apikalne wydłużających się włókien wtórnych migrują w stronę bieguna przedniego wzdłuż strony apikalnej komórek nabłonkowych soczewki i tworzą nietypowe połączenie apikalno-apikalne (czerwona linia). Wierzchołki bazalne wydłużających się włókien migrują w stronę bieguna tylnego wzdłuż torebki tylnej. Po pełnym wydłużeniu włókien wtórnych, ich wierzchołki odrywają się od nabłonka przedniego lub torebki tylnej, tworząc szwy soczewki (ciemnoniebieskie linie i obraz w lewym górnym rogu). Komórki włókien soczewki w przekroju poprzecznym są wydłużonymi sześciokątami (dół po prawej) z 2 długimi/szerokimi bokami, 4 krótkimi bokami i 6 połączeniami trójkomórkowymi. Podczas dojrzewania komórek włókien wszystkie organella komórkowe są usuwane, aby stworzyć strefę wolną od organelli (ciemnozielona strzałka dwukierunkowa) i zminimalizować rozpraszanie światła. Najstarsze komórki włókien soczewki są zagęszczone w centrum tkanki, tworząc jądro soczewki (różowe). Schematy nie są narysowane w skali. (B) Obrazy z transmisyjnego mikroskopu elektronowego (SEM) komórek włókien na różnych głębokościach soczewki pokazują zmieniającą się morfologię komórek podczas różnicowania i dojrzewania. Pojedyncze komórki są wyróżnione na zielono dla podkreślenia. Obwodowe włókna korowe mają zazębienia typu „ball-and-socket” wzdłuż długich boków i małe wypustki wzdłuż krótkich boków. Podczas dojrzewania komórek włókien, krótkie boki dojrzałych komórek zdobią duże łopatki z małymi wypustkami oraz duże wypustki. Włókna okojądrowe mają zazębienia typu „tongue and groove” wzdłuż całej błony i duże wypustki wzdłuż krótkich boków. Włókna jądrowe mają duże wypustki wzdłuż krótkich boków i globularną morfologię błony. Pasek skali, 5 µm. Zmodyfikowano na podstawie 16,328. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/70442/70442fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.</a>

Złożoność soczewki wynika z wysoką uporządkowanego trójwymiarowego (3D) układu komórek, specjalistycznego dojrzewania komórek włókien, które prowadzi do degradacji i usunięcia wszystkich organelli komórkowych, oraz mechanizmów molekularnych i komórkowych służących do ustanawiania i utrzymywania przejrzystości oraz wysokiego współczynnika refrakcji tkanki. Brak organelli komórkowych w większości komórek włókien soczewki utrudnia utrzymanie zdrowia i żywotności każdej komórki soczewki powstałej w ciągu całego życia organizmu. Soczewka jest doskonałą tkanką do badania starzenia się i zmian związanych z wiekiem, ponieważ komórki położone najbliżej centrum powstały podczas wczesnego rozwoju zarodkowego, a soczewka w dalszym ciągu generuje nowe komórki na obwodzie tkanki przez całe życie, co pozwala na badanie komórek chronologicznie starych w porównaniu z komórkami powstałymi w podeszłym wieku. Funkcja precyzyjnego ogniskowania soczewki umożliwia powstanie wyraźnego obrazu na siatkówce obiektów znajdujących się w różnych odległościach i zależy od zdolności soczewki do zmiany kształtu, czyli akomodacji. Soczewka jest tkanką niełączną i niemięśniową, w której właściwości biomechaniczne są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania.
Główną przyczyną upośledzenia wzroku jest starzenie się organizmu17. Zmiany związane z wiekiem prowadzą do dwóch głównych patologii soczewki: zaćmy oraz presbiopii18. Zaćma lub inne zmętnienia soczewki pozostają główną przyczyną ślepoty na świecie19 i są wywoływane przez czynniki genetyczne oraz środowiskowe, w tym promieniowanie UV, palenie tytoniu, cukrzycę oraz stres oksydacyjny, co prowadzi do agregacji białek i/lub defektów komórkowych, jak opisano w poprzednich przeglądach literatury18,20,21,22,23,24,25. Presbiopia, czyli związane z wiekiem zmniejszenie akomodacji, jest spowodowane ograniczeniem zdolności soczewki do zmiany kształtu podczas ogniskowania na obiektach znajdujących się w pobliżu, co w konsekwencji prowadzi do konieczności stosowania okularów do czytania26,27,28. Światowa Organizacja Zdrowia szacuje, że na całym świecie znajduje się co najmniej 1 miliard osób z nieleczonym upośledzeniem wzroku, w tym 65,2 miliona osób z zaćmą i 826 milionów osób z presbiopią17. W obliczu starzenia się populacji istnieje pilna potrzeba lepszego zrozumienia fizjologii i biologii soczewki.
Niniejszy przegląd obejmuje architekturę tkanki, rozmieszczenie komórek oraz mechanizmy molekularne istotne dla funkcji i homeostazy soczewek ssaków, wraz z niektórymi informacjami na temat soczewek innych kręgowców. Celem jest przedstawienie ogólnego przeglądu biologii i fizjologii soczewki z odniesieniami do dodatkowych, szczegółowych opracowań. Tematyka obejmuje embrionalny rozwój soczewki, postnatalny wzrost soczewki, trójwymiarowy układ komórek i tkanek, biomechaniczne właściwości tkanki oraz mikrokrążenie. Poniżej omówiono główne białka soczewki, a mianowicie krystaliny, sieci cytoszkieletowe oraz komunikację międzykomórkową. Przegląd kończy się omówieniem aktualnych wyzwań i nowoczesnych metod badania tej wyjątkowej tkanki.

soczewka oka ssaków w centrum uwagi: rozwój, anatomia, fizjologia, przejrzystość, biomechanika i wyzwania związane z wiekiem

The Mammalian Ocular Lens in Focus: Development, Anatomy, Physiology, Transparency, Biomechanics, and Age-Related Challenges

Soczewka to przezroczysty, elipsoidalny organ w przedniej komorze oka, który skupia światło na siatkówce. Składająca się z komórek nabłonkowych i włókniskowych, ta trójwymiarowa tkanka jest wysoko zorganizowana, aby zapewnić wyraźną ścieżkę światła i wykorzystuje wiele strategii do ustanowienia oraz utrzymania wysokiego współczynnika załamania i przezroczystości. U ludzi soczewka zmienia kształt, aby skupiać światło z różnych odległości w procesie zwanym akomodacją, a te właściwości elastyczne i biomechaniczne soczewki zależą od mechanizmów tkankowych, komórkowych i molekularnych. Zaćma, definiowana jako każda nieprzezroczystość w normalnie przezroczystej soczewce, pozostaje główną przyczyną ślepoty na świecie. Prezbiopia, spowodowana zmianami sztywności soczewek związanych z wiekiem, została powiązana z akomodacyjnym pogorszeniem stanu stanu i koniecznością noszenia okularów do czytania. Niniejszy przegląd przybliży rozwój soczewek ssaków i wzrost przez całe życie, kryształki i białka cytoszkieletowe, komunikację między komórkami i mikrocyrkulację, biomechanikę soczewek oraz wyzwania i nowe metody badania tej unikalnej tkanki.

Postępy technologiczne w zakresie transkryptomiki, proteomiki, obrazowania i badań biomechanicznych poprawiły nasze zrozumienie biologii, fizjologii i patologii soczewki. Nasza rosnąca wiedza na temat różnic między różnymi populacjami komórek nabłonkowych soczewki i włókien będzie istotna dla zrozumienia zmian podczas starzenia się oraz mechanizmów wpływających na długość życia białek i komórek. Wzrosło zainteresowanie opracowywaniem interwencji farmaceutycznych mających zapobiegać lub opóźniać zaćmę i/lub prezbiopię ora...

Funkcja soczewki ocznej do skupiania światła na siatkówce zależy od przezroczystości tkanek, biomechaniki oraz współczynnika załamania. Niniejszy przegląd podkreśla trójwymiarową architekturę soczewki i omawia złożone mechanizmy utrzymujące homeostazę tkanek.

Soczewka oka ssaków w centrum uwagi: rozwój, anatomia, fizjologia, przejrzystość, biomechanika i wyzwania związane z wiekiem

The lens is a transparent, ellipsoid organ in the anterior chamber of the eye that focuses light onto the retina. Composed of epithelial cells and fiber ...

Soczewka oka to przezroczysta tkanka o kształcie elipsoidy, znajdująca się w przedniej komorze oka. Wiele osób uważa, że soczewka jest jedynie kryształem i nie składa się z komórek, lecz w rzeczywistości zbudowana jest z tysięcy komórek tworzących piękną trójwymiarową architekturę. Soczewka zawiera jedne z najstarszych komórek w organizmie, a komórki znajdujące się w samym jej centrum istnieją tam od okresu embrionalnego.A każdego dnia światło przechodzi przez te komórki, dzięki czemu można wyraźnie widzieć. Ciekawostką jest to, że naukowcy wyizolowali białka z centrum soczewek rekinów grenlandzkich i na tej podstawie zdołali ustalić, że rekiny te miały ponad 400 lat. Podczas embriogenezy soczewka jest początkowo jednowarstwą komórek nabłonkowych na ektodermie powierzchniowej.Ta jednowarstwowa warstwa komórek nabłonkowych nazywana jest placodą soczewki. W trakcie rozwoju placoda soczewki zaczyna ulegać wklęśnięciu i tworzy mały woreczek. Woreczek ten ostatecznie oddziela się, tworząc pęcherzyk soczewki, który jest pustą w środku sferą złożoną z komórek nabłonkowych soczewki.W trakcie dalszego rozwoju tylne komórki nabłonka soczewki wydłużą się i wypełnią jamę tej pustej sfery, twor

the-mammalian-ocular-lens-focus-development-anatomy-physiology

Research

JoVE Journal

Biology

Biologia

Źródło: Jiang, X., et al. Indukcja i ocena mysiego modelu eksperymentalnej krótkowzroczności. J. Vis. Exp. (2019)Ten film przedstawia procedurę wywoływania krótkowzroczności u myszy poprzez instalację niestandardowej ramki obiektywu. Rama jest przymocowana do odsłoniętej czaszki za pomocą kleju dentystycznego, a wklęsłe soczewki są wprowadzane, aby przesunąć punkt ogniskowy za siatkówkę. Taka konfiguracja stymuluje wydłużanie gałki ocznej, co prowadzi do krótkowzroczności.

Rozwój krótkowzroczności w modelu mysim poprzez rozogniskowanie wywołane soczewką

Związany z wiekiem wzrost sztywności soczewek oka jest związany ze starczowzrocznością. Protokół ten opisuje prostą i ekonomiczną metodę pomiaru sztywności soczewek myszy. Soczewki myszy, podobnie jak soczewki ludzkie, z wiekiem stają się sztywniejsze. Ta metoda jest precyzyjna i może być dostosowana do soczewek większych zwierząt.

Sekwencyjne zastosowanie szkiełek nakrywkowych do oceny sztywności na ściskanie soczewki myszy: odkształcenia i analizy morfometryczne

Prezentujemy efektywną metodę badania akomodacji soczewek za pomocą ręcznego nosza do soczewek. Protokół naśladuje akomodację fizjologiczną poprzez pociągnięcie zonuli połączonych wokół torebki soczewki, rozciągając w ten sposób soczewkę.

Symulacja mechaniki akomodacji soczewek za pomocą ręcznego napinacza obiektywu

Te protokoły zostały opracowane w celu analizy morfologii soczewki korowej, integralności strukturalnej szwów soczewki danio pręgowanego w soczewkach stałych i żywych oraz do pomiaru położenia jądra soczewki danio pręgowanego wzdłuż osi przednio-tylnej.

Ocena lokalizacji jądra soczewki danio pręgowanego i integralności szwów

Ten protokół opisuje metody przygotowania obwodowych, dojrzałych i jądrowych komórek włókien kryształka oka do barwienia immunofluorescencyjnego w celu zbadania złożonych wnikania komórki w komórkę oraz architekturę błony.

Przygotowanie i barwienie immunofluorescencyjne pęczków i pojedynczych komórek włókien z kory i jądra soczewki oka

Ten manuskrypt przedstawia szczegółowy protokół wideo do hodowli komórek nabłonka soczewki pierwotnej (LEC), mający na celu poprawę odtwarzalności i pomoc w badaniach nad zaćmą i zmętnieniem torebki tylnej (PCO). Oferuje instrukcje krok po kroku dotyczące rozwarstwiania soczewek, izolacji LEC i walidacji, służąc jako cenny przewodnik, szczególnie dla nowicjuszy w tej dziedzinie.

Optymalizacja hodowli komórek nabłonka soczewek pierwotnych myszy: kompleksowy przewodnik po trypsynizacji

Obecne protokoły opisują nowatorskie obrazowanie całego mocowania do wizualizacji struktur peryferyjnych w soczewce oka z metodami kwantyfikacji obrazu. Protokoły te mogą być wykorzystywane w badaniach w celu lepszego zrozumienia związku między strukturami mikroskali soczewek a rozwojem/funkcją soczewki.

Obrazowanie całego mocowania w celu wizualizacji i ilościowego określenia struktury soczewek obwodowych, morfologii i organizacji komórek

Prezentujemy zautomatyzowaną metodę charakteryzowania efektywnego modułu sprężystości soczewki okularowej za pomocą testu kompresji.

Zautomatyzowane testy kompresji soczewki gałki ocznej

Ta metoda modeluje operację zaćmy in vivo, usuwając komórki włókna soczewki od dorosłych myszy i pozostawiając torebkę z dołączonymi komórkami nabłonka soczewki (LEC). Reakcja na uraz jest następnie oceniana w różnych momentach po operacji przy użyciu kryteriów molekularnych i morfologicznych.

Modelowanie operacji zaćmy u myszy

Protokół ten szczegółowo opisuje oddzielenie nabłonka soczewki oka myszy od masy masowej komórek włóknistych, a następnie izolację RNA i analizę qPCR. Metoda ta pozwala na oddzielenie przedziałów komórek soczewki w celu bardziej szczegółowej analizy transkryptomu i procesów biologicznych w komórkach nabłonkowych w porównaniu ze zróżnicowanymi komórkami włóknistymi.

Izolacja RNA z nabłonka soczewek ocznych myszy i mas masowych komórek włóknistych

Poznaj rozwój i anatomię soczewki oka ssaków oraz jej rolę w procesie akomodacji i powstawaniu zaćmy. Przegląd omawia biomechanikę, przejrzystość oraz wyzwania związane z wiekiem.

Soczewka oka ssaków w centrum uwagi: rozwój, anatomia, fizjologia, przejrzystość, biomechanika i wyzwania związane z wiekiem

Przeglądaj więcej filmów