Durante siglos, los científicos han utilizado modelos de animales pequeños para estudiar todo, desde cómo funcionan los genes hasta cómo se desarrollan las enfermedades. Y estas criaturas diminutas siguen desempeñando papeles importantes en descubrimientos científicos de todo tipo, incluso en las investigaciones de la visión.
Los animales pequeños enseñan a los investigadores grandes lecciones sobre cómo funciona la visión, cómo puede dañarse (y por qué) y nuevas formas de tratar las enfermedades oculares.
Cómo las moscas de la fruta transformaron las investigaciones sobre la visión humana
A principios del siglo XX, Mildred Hoge, una joven estudiante de posgrado descubrió un grupo de moscas de la fruta con ojos inusualmente pequeños…o sin ellos. Ella mapeó el gen responsable de esta mutación y lo nombró sin ojos. Sus investigaciones posteriores con moscas de la fruta demostraron que este gen desempeña un papel clave en el desarrollo de los ojos y nervios ópticos de estas.
Casi un siglo después, los científicos descubrieron que los humanos tienen su propia versión del gen sin ojos, conocido como PAX6. Las mutaciones genéticas que afectan el PAX6 pueden causar problemas importantes como cataratas y aniridia, (una afección que afecta el iris del ojo).
Los investigadores apoyados por los NIH continúan estudiando el desarrollo de la mosca de la fruta y formulando preguntas como: "¿Qué hace que un ojo sea un ojo?" y "¿qué impide que se convierta en otra parte del cuerpo?"
¿Qué hace que un ojo...sea un ojo?
Justin Kumar, Ph.D., estudia y enseña biología del desarrollo en la Universidad de Indiana, en Bloomington. Él utiliza modelos de moscas de la fruta para estudiar cómo una célula se convierte en un tipo de tejido (como un ojo) y no en otro (como un ala o una antena). El PAX6 proporciona instrucciones para producir proteínas que impulsan el desarrollo de tejido en el ojo de la mosca de la fruta activando genes "oculares" y desactivando genes "no oculares". Sin embargo, el simple hecho de cambiar el PAX6 espontáneamente no permite que una célula se convierta en ningún tipo de tejido.
Al observar los cambios en la célula modificada, el Dr. Kumar puede desentrañar qué hace que un tejido sea de un tipo o de otro. "Cuando los eliminas juntos, es una especie de bala mágica, pero eso queda oculto cuando los miras individualmente", explicó.
Exploremos cómo otros investigadores de la visión financiados por los NIH utilizan diferentes modelos animales en su trabajo.
Mire este video (en inglés) para conocer más sobre las moscas de la fruta como modelos animales en las investigaciones relacionadas con la visión.
Estudio de la regeneración del cristalino en los tritones
Algunos animales tienen habilidades notables que parecen casi sobrenaturales. Por ejemplo, los tritones pueden regenerar (volver a crecer) partes del cuerpo, incluso los tejidos del ojo.
Katia Del Rio-Tsonis, Ph.D., de la Universidad de Miami en Ohio, utiliza una tecnología de imágenes tridimensionales (3D) conocida como tomografía de coherencia óptica (OCT, por sus siglas en inglés) para observar cómo vuelve a crecer el cristalino de los tritones. "Básicamente, el tritón puede regenerar cualquier cosa", explicó. "El ojo también es un modelo fantástico porque se puede manipular fácilmente".
Cuando se retira el cristalino del ojo de un tritón, el sistema inmunitario elimina cualquier célula dañada y los residuos. Las células del iris se transforman en nuevas células del cristalino que crecen con el tiempo para crear un nuevo cristalino. Eventualmente, el nuevo cristalino se desprende del iris y se vuelve a unir al tejido conectivo normal. Con la OCT, la Dr. Del Rio-Tsonis puede ver cómo las células y los tejidos se reorganizan para reconstruir una parte crítica del ojo.
Descubra más sobre el cristalino del tritón como modelo de investigación en este video (en inglés).
Conocer cómo el pez cebra regenera partes de sus ojos podría ayudar a los científicos a desarrollar nuevos tratamientos para la ceguera
Los tritones no son los únicos animales con capacidades regenerativas admirables. El pequeño pez cebra también puede regenerar partes del ojo, incluidas las neuronas en la retina (el tejido sensible a la luz en la parte posterior del globo ocular). Las investigaciones de esta capacidad podrían algún día ayudar a los científicos a tratar la ceguera en humanos.
La retina está formada por células fotorreceptoras (sensibles a la luz) y células nerviosas en el nervio óptico (que conecta el ojo con el cerebro). En los humanos, si estas células mueren, no se pueden reemplazar. Las enfermedades que dañan la retina o el nervio óptico (como el glaucoma) pueden causar ceguera permanente.
El sistema inmunitario del pez cebra responde de manera diferente al nuestro. En los humanos, nuestra respuesta inmunitaria hace que se forme tejido cicatricial, lo que puede impedir que partes de la retina respondan a la luz. Sin embargo, cuando la retina del pez cebra se daña, ciertas células hacen que el tejido afectado vuelva a crecer y restablezca la visión, un proceso conocido como "regeneración de la retina".
Daniel Goldman, Ph.D., de la Universidad de Michigan, estudia cómo el pez cebra regenera sus ojos. Él espera que este conocimiento conlleve a tratamientos que permitan a los humanos regenerar neuronas en sus propios ojos. Indicó que después de una lesión del nervio óptico, “[los peces] recuperan la vista… y sucede muy rápido. Durante un período de dos semanas, se volverán a conectar con el cerebro y los peces pueden volver a ver.”
Investigación de las enfermedades raras con salamanquesas
Para científicos clínicos como Robert Hufnagel, MD, Ph.D., los modelos animales pueden clarificar lo que les sucede a pacientes específicos que acuden a la clínica.
En su laboratorio en el Instituto Nacional del Ojo, el Dr. Hufnagel trabajó con varios modelos animales, incluso salamanquesas, para estudiar algunas de las enfermedades raras que observa en sus pacientes. "Poder crear modelos animales relevantes para ayudar a estudiar estas enfermedades raras es importante para nuestros pacientes", explicó.
Ashley Rasys, DVM, Ph.D., trabajó como estudiante postdoctoral en el laboratorio del Dr. Hufnagel. Ella explicó que los ojos de las salamanquesas y de los humanos tienen estructuras y vías de desarrollo similares. Ambos tienen también una fóvea, que es la parte de la retina que nos permite ver con claridad y enfocarnos en los objetos que están directamente frente a nosotros.
El Dr. Hufnagel utilizará una herramienta de edición genética para introducir cambios en el ADN de la salamanquesa que imiten los de sus pacientes humanos. Esto le ayudará a conocer más sobre cómo estos cambios genéticos causan enfermedades. Y le permitirá probar nuevos tratamientos y terapias en las salamanquesas para determinar cómo podrían funcionar en los humanos.
*Este artículo fue adaptado de una historia más larga del Instituto Nacional del Ojo. Sírvase leer el artículo original (en inglés) para conocer más sobre los modelos animales y los investigadores de la visión que trabajan con ellos. .
