Modulación fotofarmacológica de la actividad de las terminaciones nerviosas de frío corneales mediante un compuesto fotocrómico bloqueante de canales iónicos

Abstract

Antecedentes y Propósito. La organización funcional de las terminaciones nerviosas de frío de la córnea, estructuras críticas para mantener la integridad de la superficie ocular, sigue siendo escasamente conocida. En este trabajo, se utilizó la molécula fotoisomerizable DENAQ para modular mediante el uso de luz, la actividad de las terminaciones nerviosas sensibles al frío en córneas control y con deficiencia lagrimal crónica. Además, se usó DENAQ para la regulación fotoquímica in vivo del reflejo de parpadeo inducido mediante estímulos térmicos. Enfoque Experimental. Se registró extracelularmente la actividad de los impulsos de las terminaciones nerviosas de frío en córneas extirpadas de cobayas sanas y con deficiencia lagrimal, previamente incubadas con DENAQ. Se aplicaron pulsos de luz con una longitud de onda de 460 nm a las córneas perfundidas. Se realizó un análisis inmunohistoquímico en córneas de ratón para determinar la expresión de los receptores P2X2 y P2X3 en las terminales nerviosas de frío. El reflejo de parpadeo inducido térmicamente se evaluó mediante electromiografía del músculo orbicular del ojo (OOemg) en ratas anestesiadas después de la administración tópica de DENAQ en el ojo, bajo condiciones de luz azul y oscuridad. Resultados Clave. La exposición a la luz azul redujo notablemente la actividad espontánea de las terminaciones nerviosas de frío, tanto las de animales sanos como las de animales con deficiencia lagrimal, que habían sido previamente incubadas con DENAQ, mientras que las respuestas evocadas por el frío no se vieron afectadas. La incubación previa al registro de córneas extirpadas con DENAQ, junto con antagonistas farmacológicos del receptor P2X, previno la fotorreducción de la actividad espontánea de la terminación nerviosa de frío mediada por DENAQ. Se detectó la expresión inmunohistoquímica de receptores P2X2 y P2X3 en terminaciones de frío en la córnea del ratón. Además, la luz azul aumentó el reflejo de parpadeo evocado por el frío en ojos tratados previamente con DENAQ. Conclusiones e Implicaciones. El DENAQ entra en las terminaciones nerviosas sensoriales de frío del cobaya, principalmente a través de los canales P2X en las córneas extirpadas. Posteriormente, el DENAQ disminuye la actividad espontánea de los impulsos de las terminaciones nerviosas tras la irradiación con luz, al modular la actividad de los canales Kv. Además, el reflejo de parpadeo evocado por el frío se modula con la luz en ojos tratados con DENAQ. Los compuestos fotoconmutables como el DENAQ, podrían suponer nuevos tratamientos potenciales para el malestar y el dolor ocular en la enfermedad del ojo seco./ Background and Purpose. The functional organization of corneal cold nerve endings, critical structures in maintaining the ocular surface, remains poorly understood. Here, the photoisomerizable small molecule DENAQ was used to photomodulate cold-sensing nerve terminals’ activity in control and chronic teardeficient corneas. Furthermore, DENAQ was used for in vivo photochemical regulation of the thermally induced blink reflex. Experimental approach. Extracellular nerve terminal impulse activity was recorded on cold terminals in excised corneas of naïve and tear-deficient guinea pigs, pre-incubated with DENAQ. Pulses of light at a wavelength of 460 nm were delivered to the perfused corneas. An immunohistochemical analysis was performed on mouse corneas to determine the expression of P2X2 and P2X3 receptors in cold nerve terminals. The thermally induced blink reflex was assessed using orbicularis oculi electromyography (OOemg) in anesthetized rats after topical administration of DENAQ to the eye, under blue light and darkness conditions. Key results. Exposure to blue light robustly reduced spontaneous activity of both naïve and tear-deficient cold nerve terminals pre-incubated with DENAQ, while cold-evoked responses remained unaffected. Pre-incubation of excised corneas with DENAQ, along with pharmacological P2X receptor antagonists, prevented the DENAQ-mediated photoreduction of the cold nerve terminal spontaneous activity. P2X2 and P2X3 receptor expression was immunohistochemically detected in cold terminals in the mouse cornea. In addition, blue light increased cold-evoked reflex blink in eyes pretreated with DENAQ. Conclusions and implications. DENAQ enters guinea-pig cold sensory nerve endings primarily through P2X channels in excised corneas. Subsequently, DENAQ decreases the spontaneous nerve terminal impulse activity upon light irradiation by modulating Kv channel activity. Furthermore, the cold-evoked blink reflex is modulated by light in DENAQ-treated eyes. Chemical photoswitches like DENAQ might be potential new treatments for ocular discomfort and pain in dry eye disease.