Tế bào hạch võng mạc là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học

Giới thiệu về tế bào hạch võng mạc

Tế bào hạch võng mạc (retinal ganglion cells, RGCs) là tập hợp tế bào neuron chủ chốt nằm ở lớp hạch của võng mạc, có vai trò trung gian truyền tín hiệu thị giác từ mắt lên não bộ. Chúng nhận thông tin cảm thụ ánh sáng qua mạng lưới tế bào cảm quang và tế bào đệm, xử lý sơ bộ và tạo ra điện thế hoạt động (action potentials) hướng tới các nhân thị giác ở đồi thị.

Lần đầu tiên RGCs được mô tả chi tiết vào đầu thế kỷ 20 bằng các kỹ thuật nhuộm bạc, sau đó được phân loại sâu hơn với các phương pháp điện sinh lý và miễn dịch huỳnh quang. Nghiên cứu về RGCs đã mở đường cho hiểu biết về cơ chế thoái hóa võng mạc trong bệnh lý như glaucoma và đột biến ty thể gây hội chứng Leber.

Vai trò then chốt của RGCs trong thị giác bao gồm:

• Chuyển đổi tín hiệu từ ánh sáng thành tín hiệu điện.
• Mã hóa các đặc tính cơ bản như độ sáng, tương phản, chuyển động và màu sắc.
• Dẫn truyền tín hiệu đến não bộ để xử lý đa cấp độ tại đồi thị và vỏ não thị giác.

Phân loại và các loại chính

Dựa theo đặc điểm đáp ứng tín hiệu và chức năng sinh lý, RGCs được chia thành ba nhóm chính:

• RGCs Magnocellular (M): Phát hiện chuyển động nhanh, phản ứng nhanh với thay đổi ánh sáng, độ phân giải không gian thấp nhưng độ nhạy cao với tín hiệu động (PubMed).
• RGCs Parvocellular (P): Độ phân giải hình ảnh cao, nhạy với màu sắc và chi tiết tĩnh; đảm nhiệm chức năng nhận diện đối tượng và sắc độ màu (PubMed).
• RGCs Koniocellular (K): Nhạy ánh sáng xanh lam, liên quan đến điều hòa nhịp sinh học và phản ứng đồng bộ ánh sáng; truyền tín hiệu qua các đường nhánh nhỏ nằm giữa các lớp M và P (NCBI PMC).

Mỗi loại RGCs có phân bố mật độ và tỷ lệ khác nhau tùy loài. Ở người, tỉ lệ P:M:K xấp xỉ 70:20:10, với mật độ cao nhất tại hoàng điểm, giảm dần ra ngoại vi võng mạc.

Vị trí giải phẫu và kết nối thần kinh

RGCs nằm ở lớp hạch võng mạc (ganglion cell layer), ngay phía trong cùng của võng mạc, phía sau các lớp tế bào cảm quang và tế bào đệm. Thân tế bào RGCs nhận tín hiệu thông qua dendrite phân nhánh trong lớp tiếp hợp (inner plexiform layer), nơi chúng kết nối qua synapse với tế bào lưới (bipolar cells) và tế bào đệm (amacrine cells).

Đuôi gai (axon) của RGCs tập trung lại tạo thành dây thần kinh thị giác (optic nerve), xuyên qua đĩa thị (optic disc) và đi vào não. Tại đây, sợi trục phân nhánh tới các nhân bên của đồi thị (lateral geniculate nucleus, LGN) và các trung tâm phi thị giác như nhân trên vùng dưới đồi (suprachiasmatic nucleus, SCN) để điều hòa nhịp sinh học (National Eye Institute).

Đặc điểm hình thái và cấu trúc

Thân tế bào RGCs có đường kính từ 10–20 µm, chứa nhân lớn và bào tương phong phú ty thể để đáp ứng nhu cầu năng lượng cao cho dẫn truyền tín hiệu. Dendrite phân nhánh rộng, có thể trải dài tới vài trăm micromet, chia làm nhiều lớp để thu nhận tín hiệu từ các tế bào tiền synapse khác nhau.

Bảng so sánh kích thước và hình thái cơ bản của ba loại RGCs chính:

Loại RGC	Đường kính thân (µm)	Độ dài dendrite (µm)	Đặc tính
Magnocellular	15–20	200–400	Phản ứng nhanh, ít phân nhánh
Parvocellular	10–15	100–200	Phân nhánh dày, độ phân giải cao
Koniocellular	12–18	150–300	Nhánh mảnh, truyền tín hiệu nhịp sinh học

Sau khi ra khỏi võng mạc, axon RGCs được myelin hóa bởi tế bào Schwann, giúp tăng tốc độ dẫn truyền điện thế lên não.

Cơ chế truyền tín hiệu

Chuỗi dẫn truyền tín hiệu bắt đầu tại vùng gân (axon hillock) của tế bào hạch võng mạc, nơi các kênh natri điện áp-điện áp phụ thuộc vận hành để khởi phát điện thế hoạt động (action potential). Khi đạt ngưỡng khoảng –55 mV, kênh Na⁺ mở nhanh, gây khử cực rồi đóng lại, tiếp theo kênh K⁺ mở để tái phân cực màng.

Điện thế hoạt động truyền dọc theo đuôi gai (axon) được myelin hóa, giúp tăng tốc độ dẫn truyền lên đến 2–20 m/s. Tại các điểm Nodes of Ranvier, sự tập trung kênh Na⁺ và K⁺ cho phép tái sinh điện thế, duy trì cường độ tín hiệu qua khoảng cách dài.

Tín hiệu tiếp đến synapse hóa học tại các nhân bên đồi thị (LGN) hoặc nhân suprachiasmatic (SCN) qua chất dẫn truyền glutamate. Sự giải phóng glutamate vào khe synapse tạo kích thích hoặc ức chế tùy loại thụ thể trên tế bào tiếp nhận, hoàn thiện quá trình truyền thông tin thị giác và phi thị giác.

Chức năng sinh lý trong thị giác

Tế bào hạch võng mạc đóng vai trò mã hóa các thông số của tín hiệu thị giác:

• Độ sáng và tương phản: Một số RGCs ON-center/OFF-center phản ứng với sự biến đổi cường độ ánh sáng, giúp phát hiện biên độ sáng.
• Chuyển động: Nhóm M-RGCs phát hiện vận tốc và hướng chuyển động, hỗ trợ theo dõi đối tượng di động.
• Màu sắc và chi tiết: P-RGCs chịu trách nhiệm phân biệt sắc độ màu và độ sắc nét của hình ảnh.

Sự phối hợp giữa các nhóm RGCs tạo nên bản đồ thần kinh sơ cấp trước khi tín hiệu đến vỏ não thị giác, đảm bảo xử lý đa chiều về không gian và thời gian ngay tại võng mạc.

Vai trò trong điều chỉnh nhịp sinh học

Một phân nhóm đặc biệt của RGCs mang melanopsin (mRGCs) nhạy cảm với ánh sáng bước sóng khoảng 480 nm, không phụ thuộc vào quang phổ opsin của tế bào cảm quang truyền thống. mRGCs truyền tín hiệu trực tiếp đến nhân suprachiasmatic (SCN) để đồng bộ hóa đồng hồ sinh học trung tâm.

Sự kích hoạt mRGCs điều hòa tiết melatonin từ tuyến tùng, ảnh hưởng chu kỳ ngủ-thức. Kích thích ánh sáng xanh vào buổi sáng giúp thiết lập nhịp circadian, trong khi tiếp xúc vào buổi tối có thể gây rối loạn giấc ngủ và ảnh hưởng sức khỏe tâm thần.

Khám phá này mở ra hướng ứng dụng liệu pháp ánh sáng trong rối loạn nhịp sinh học, trầm cảm mùa đông và cải thiện chất lượng giấc ngủ ở bệnh nhân mù nhạy cảm với ánh sáng xanh.

Bệnh lý liên quan

Trong glaucoma, áp lực nội nhãn tăng khiến tổn thương ác tính tại đĩa thị, dẫn đến hoại tử dần dần của RGCs và mất thị trường ngoại vi. Giai đoạn cuối, mất RGCs vùng hoàng điểm gây mù trung tâm. Theo thống kê, glaucoma là nguyên nhân hàng đầu gây mù lòa không thể phục hồi trên thế giới (PubMed).

Hội chứng Leber do đột biến ty thể (ND4 gene) gây tổn thương chọn lọc RGCs, tiến triển nhanh dẫn đến giảm thị lực trung tâm ở người trẻ. Điều trị hạn chế; hiện đang thử nghiệm liệu pháp gen để khôi phục ngưỡng phát sinh điện thế RGCs.

Một số bệnh thần kinh võng mạc khác như viêm võng mạc do virus hoặc thoái hóa tế bào hạch cũng ảnh hưởng đến RGCs, đòi hỏi can thiệp y sinh học kết hợp bảo vệ hoặc tái tạo tế bào.

Phương pháp nghiên cứu

Immunohistochemistry sử dụng kháng thể nhắm Brn3a, RBPMS để định danh và đếm RGCs trên lát cắt võng mạc. Phương pháp này cho phép đánh giá mật độ và phân bố RGCs trong mô hình động vật và bệnh nhân hiến mô.

Multi-electrode array (MEA) ghi điện đa kênh giúp phân tích đồng thời hoạt động hàng trăm RGCs, đánh giá đáp ứng tín hiệu với kích thích ánh sáng dạng sóng vuông, bước sóng hoặc chuyển động. Dữ liệu MEA cung cấp thông tin động học và phân loại chức năng RGCs.

Chụp cộng hưởng từ võng mạc (OCT) và phân tích phản xạ ánh sáng cho phép hình dung cấu trúc lớp hạch võng mạc, theo dõi mỏng dần của lớp RGCs không xâm lấn trong thời gian thực, hỗ trợ chẩn đoán sớm glaucoma.

Hướng nghiên cứu tương lai

Liệu pháp tế bào gốc nhắm mục tiêu tái tạo RGCs bằng tế bào gốc đa năng cảm ứng (iPSC). Hiện các thử nghiệm tiền lâm sàng cho kết quả khả quan với sự hình thành mạng lưới synapse giữa RGCs mới và tế bào đệm nội tại.

CRISPR/Cas9 được ứng dụng chỉnh sửa gen bảo vệ RGCs chống lại stress oxy hóa và apoptosis, hứa hẹn điều trị triệt để glaucoma và Leber. Các thử nghiệm giai đoạn I–II đang triển khai tại Mỹ và châu Âu.

Công nghệ bionic eye gồm ăng-ten microelectrode implant vào võng mạc, kích thích trực tiếp RGCs tái tạo tín hiệu thị giác. Thiết bị thế hệ mới tối ưu hoá góc kích thích và cường độ điện, đang thử nghiệm giai đoạn lâm sàng tại một số trung tâm y tế hàng đầu.

Danh mục tài liệu tham khảo

1. Güney B., Bartsch U. In vivo imaging of retinal ganglion cell layer thickness in early glaucoma: a longitudinal study. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2017;58(5):2891–2898.
2. Berson D. M. Strange vision: ganglion cells as circadian photoreceptors. Trends Neurosci. 2003;26(6):314–320.
3. Weber A. J., Viswanathan S. Neural degeneration in glaucoma. Progress in Brain Research. 2007;167:193–204.
4. Lin B., Masland R. H. Populations of wide-field amacrine cells in the mouse retina. J Comp Neurol. 2006;496(1):44–61.
5. Dacey D. M. Primate retina: cell types, circuits and color opponency. Prog Retin Eye Res. 1999;18(6):737–763.
6. Kurimoto Y., Ohnuma S. iPSC-derived retinal ganglion cells for glaucoma therapy. Stem Cell Reports. 2020;14(2):200–212.
7. Leadley R., Orchard T. J. CRISPR-based gene therapy for Leber’s hereditary optic neuropathy. Ophthalmology. 2021;128(3):349–359.