Η μελανίνη χρησιμοποιεί κβαντικές αντιδράσεις για να προστατεύσει τα μάτια από επιβλαβείς ουσίες, επιβραδύνοντας την απώλεια όρασης με την ηλικία
Κάθε λάμψη φωτός που φτάνει στα μάτια μας επηρεάζει τους ευαίσθητους ιστούς στον αμφιβληστροειδή, δημιουργώντας τοξικά υποπροϊόντα που θα μπορούσαν να βλάψουν τα κύτταρα που είναι υπεύθυνα για την όραση. Ευτυχώς, η μελανίνη, η χρωστική ουσία που σκουραίνει το δέρμα, τα μαλλιά και τα μάτια μας, παίζει κρίσιμο ρόλο στη διαχείριση αυτών των τοξικών υλικών. Μια πρόσφατη μελέτη από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Τύμπιγκεν στη Γερμανία και του Πανεπιστημίου Γέιλ αποκάλυψε έναν ασυνήθιστο μηχανισμό που επιτρέπει στη μελανίνη να προστατεύει την όρασή μας, που περιλαμβάνει κβαντική συμπεριφορά.
Η Μάχη του Αμφιβληστροειδούς με τα Τοξικά Υποπροϊόντα
Ο αμφιβληστροειδής, που βρίσκεται στο πίσω μέρος του ματιού, είναι ένα φωτοευαίσθητο στρώμα που αποτελείται από κύτταρα που μετατρέπουν το φως σε νευρικά σήματα για να τα ερμηνεύσει ο εγκέφαλος. Κεντρικό σε αυτή τη διαδικασία είναι ένα μόριο που ονομάζεται αμφιβληστροειδής, το οποίο συλλαμβάνει το φως και ξεκινά τη μετατροπή σε οπτικά σήματα. Ωστόσο, αυτό το πρώτο βήμα είναι επικίνδυνο. Όταν εκτίθεται στο φως, ο αμφιβληστροειδής αλλάζει σχήμα με τρόπο που μπορεί να διαταράξει την κυτταρική λειτουργία, μετατρέποντας ουσιαστικά σε τοξίνη.
Για να αντιμετωπίσουμε αυτό, το σώμα μας έχει αναπτύξει ένζυμα που μετατρέπουν τον στρεβλό αμφιβληστροειδή πίσω σε μια ασφαλέστερη μορφή. Επιπλέον, ο αμφιβληστροειδής ανανεώνεται συνεχώς, αντικαθιστώντας τα παλιά φωτοευαίσθητα κύτταρα με φρέσκα. Παρά το σύστημα αυτό, ορισμένα τοξικά υποπροϊόντα γλιστρούν και η συσσώρευσή τους μπορεί να οδηγήσει σε καταστάσεις όπως η νόσος Stargardt – μια γενετική διαταραχή όπου ένα ανεπαρκές ένζυμο προκαλεί τη συσσώρευση τοξικών υλικών, οδηγώντας σε απώλεια όρασης στο εστιακό σημείο του αμφιβληστροειδούς.
Ακόμα και σε υγιή άτομα, η διαδικασία διάσπασης δεν είναι τέλεια. Μια τοξική ένωση που ονομάζεται λιποφουσκίνη μπορεί να συσσωρευτεί στον αμφιβληστροειδή, σχηματίζοντας συστάδες που βλάπτουν την όραση με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η συσσώρευση είναι ιδιαίτερα ανησυχητική στην ηλικιακή εκφύλιση της ωχράς κηλίδας (AMD), μια κύρια αιτία εξασθένησης της όρασης σε ηλικιωμένους ενήλικες. Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει ότι η μελανίνη παίζει ρόλο στον μετριασμό αυτού του κινδύνου, διασπώντας τη λιποφουσκίνη στους γηράσκοντες αμφιβληστροειδείς.
Κβαντική Χημεία και ο Ρόλος της Χημειοδιέγερσης
Η ακριβής διαδικασία με την οποία η μελανίνη διασπά τη λιποφουσκίνη έχει προβληματίσει εδώ και καιρό τους επιστήμονες. Προηγούμενες μελέτες υπαινίσσονταν ότι η λιποφουσκίνη θα μπορούσε να αποικοδομηθεί όταν εκτίθεται σε ουσίες που δημιουργούν εξαιρετικά δραστικές μορφές οξυγόνου, γνωστές ως ρίζες. Ωστόσο, η μελανίνη από μόνη της δεν διαθέτει την ενέργεια για να δημιουργήσει αυτές τις ρίζες λόγω των περιορισμών που επιβάλλει η κβαντική φυσική.
Η σημαντική ανακάλυψη ήρθε με την ανακάλυψη ενός φαινομένου που ονομάζεται χημειοδιέγερση. Η χημειοδιέγερση επιτρέπει στη μελανίνη να αλληλεπιδρά με άλλα υλικά με τρόπο που ανεβάζει τα ηλεκτρόνια της σε υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση, δημιουργώντας ένα κενό στους κβαντικούς κανόνες. Αυτή η αυξημένη κατάσταση επιτρέπει στη μελανίνη να παράγει ρίζες οξυγόνου, οι οποίες με τη σειρά τους βοηθούν στη διάσπαση της λιποφουσκίνης.
«Αυτές οι αντιδράσεις κβαντικής χημείας διεγείρουν ένα ηλεκτρόνιο μελανίνης σε υψηλή ενεργειακή κατάσταση και αντιστρέφουν την περιστροφή του, επιτρέποντας ασυνήθιστη χημεία στη συνέχεια», εξηγεί ο Douglas E. Brash, θεραπευτικός ακτινολόγος στο Yale. Η διαδικασία είναι παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο οι βιοφωταυγείς οργανισμοί παράγουν φως, αλλά σε αυτήν την περίπτωση, χρησιμοποιείται για τη διάσπαση επιβλαβών ενώσεων στον αμφιβληστροειδή. Μια Νέα Ελπίδα για τη Διατήρηση της Όρασης
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν προηγμένες μεθόδους, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης, της γενετικής και της φαρμακολογίας, για να εντοπίσουν τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν η μελανίνη και η λιποφουσκίνη. Απέδειξαν ότι η μελανίνη, μέσω της κβαντικά ενισχυμένης κατάστασής της, βοηθά αποτελεσματικά στην αποικοδόμηση της λιποφουσκίνης, εμποδίζοντάς την να συσσωρευτεί σε επιβλαβή επίπεδα.
Αυτή η νέα γνώση ανοίγει πιθανούς δρόμους για την ανάπτυξη θεραπειών για την Ηλικιακή Εκφύλιση της Ωχράς Κηλίδας (ΗΕΩ) και παρόμοιες διαταραχές της όρασης. Ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Ulrich Schraermeyer, πειραματικός οφθαλμίατρος στο Πανεπιστήμιο του Tübingen, εκφράζει ελπίδα για μελλοντικές θεραπείες: «Για 30 χρόνια ήμουν πεπεισμένος ότι τα μελανοσώματα – τα οργανίδια στα κύτταρα που δημιουργούν μελανίνη – αποικοδομούν τη λιποφουσκίνη, αλλά δεν μπορούσα να εντοπίσω έναν μηχανισμό. Η χημειοδιέγερση είναι ο χαμένος κρίκος και θα πρέπει να μας επιτρέψει να παρακάμψουμε το πρόβλημα ότι η ΗΕΩ ξεκινά όταν η μελανίνη του ματιού μειώνεται με την ηλικία. Ένα φάρμακο που διεγείρεται άμεσα με χημειοδιέγερση μπορεί να αποτελέσει μια σημαντική ανακάλυψη για τους ασθενείς μας».
Αυτή η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (PNAS), όχι μόνο αποκαλύπτει έναν εκπληκτικό ρόλο για τη μελανίνη, αλλά υπογραμμίζει επίσης την πολύπλοκη αλληλεπίδραση μεταξύ της βιοχημείας και της κβαντομηχανικής στο ανθρώπινο σώμα. Κατανοώντας πώς το μάτι καταπολεμά φυσικά τη συσσώρευση τοξινών, οι επιστήμονες ελπίζουν ότι οι νέες θεραπείες μπορούν να διατηρήσουν την όραση καθώς μεγαλώνουμε, προσφέροντας ένα λαμπρότερο μέλλον για όσους κινδυνεύουν από απώλεια όρασης.
Αυτή η έρευνα δημοσιεύτηκε στο PNAS.
