En ny billedbehandlingstilgang kan hjælpe med at fremskynde udviklingen af ​​nye behandlinger for øjensygdomme

En ny billedbehandlingstilgang kan hjælpe med at fremskynde udviklingen af ​​nye behandlinger for øjensygdomme

Forskere har udviklet en enkel og hurtig metode til at udføre optoretinografi, en billeddannelsesteknik, der måler lysinduceret funktionel aktivitet i øjets nethinde, netværket af neuroner bagerst i øjet, der er ansvarlige for at detektere lys og igangsætte synet. Nethindesygdomme som makuladegeneration og diabetisk retinopati påvirker mere end 50 procent af mennesker i USA over 60 år. Disse sygdomme påvirker nethindens funktion på en måde, der reducerer synet og, hvis de ikke behandles, kan føre til blindhed. Den nye tilgang kan hjælpe med at fremskynde udviklingen af ​​nye behandlinger for øjensygdomme.

Optoretinografi har typisk brugt meget dyrt udstyr, der krævede flere eksperter til at betjene, samtidig med at det producerede enorme mængder data, der krævede omfattende computerressourcer. Vi fandt en måde at gøre det billigere og hurtigere."

Ravi Jonnal, leder af forskningsteamet, University of California, Davis

Jonnal og kolleger rapporterer om deres nye tilgang, som de kalder hastighedsbaseret optoretinografi, i Optica, Optica Publishing Groups tidsskrift for højeffektforskning. De demonstrerer også metodens evne til at måle retinal respons hos tre raske frivillige.

"Selvom hastighedsbaseret optoretinografi potentielt kunne give klinikere mere præcis og tidligere information om tab af funktion i nethinden, er det mere sandsynligt, at dens første reelle virkning vil være i at accelerere kliniske forsøg med nye behandlinger for nethindesygdomme," sagde Jonnal, der udførte nogle af de første optoretinografiske målinger som kandidatstuderende i Don Millers laboratorium ved Indiana University. "Hvis vi kan se, om nethindens funktion forbedres eller forværres hurtigere end med traditionelle tests såsom øjendiagrammer, vil dette markant accelerere udviklingen af ​​behandlinger."

Sporing af formændringer

Optoretinografi registrerer subtile ændringer i formen af ​​neuroner, der producerer eller transmitterer signaler i nethinden. Hidtil har Jonnal og andre forskere brugt adaptiv optik og optisk kohærenstomografi (OCT) til at visualisere og spore disse neuroner i det levende, bevægende øje, og derefter anvendt bevægelseskorrektionsalgoritmer for at stabilisere billederne og udtrække den funktionelle respons. Denne dyre og tidskrævende proces kræver løsning og sporing af placeringen af ​​individuelle cellefunktioner og brug af disse placeringer til at bestemme, om cellen har ændret form.

"Hvis vi bruger et af vores adaptive optiksystemer til at udføre optoretinografiske målinger, kan eksperimentet nemt tage en halv dag og resultere i en terabyte data at behandle," sagde Jonnal. "At behandle dataene for at udtrække et funktionelt signal vil tage mindst en dag eller to mere."

For at undgå behovet for at løse og spore individuelle neuroner, ønskede Jonnal og kolleger at se, om de i stedet kunne måle hastigheden eller hastigheden, hvormed nethindens neuroner bevæger sig i forhold til hinanden. "Vi troede, at selvom placeringen af ​​funktionerne varierede fra celle til celle, ville den hastighed, hvormed de bevægede sig i forhold til hinanden, være meget korreleret mellem celler," sagde Jonnal. "Det viste sig at være sandt."

Måling af bevægelige neuroner

For at udføre hastighedsbaseret optoretinografi udviklede forskere et nyt OCT-kamera, der gør det muligt for en enkelt operatør at fange billeder fra flere steder i nethinden, end det er muligt med andre optoretinografiske tilgange.

Forskerne demonstrerede deres nye teknik ved at indsamle målinger fra tre raske frivillige. De var i stand til at indsamle data fra hver patient på kun ti minutter og behandle disse data og gøre resultater tilgængelige inden for 2 til 3 minutter. De viste, at de funktionelle optoretinografiske responser målt med den enkle tilgang skaleret med den anvendte lysstimulusdosis, og at dosisstimulusresponsen var reproducerbar inden for og mellem frivillige.

De planlægger nu eksperimenter, der har til formål at demonstrere teknikkens følsomhed over for sygdomsrelateret dysfunktion. Jonnal arbejder også sammen med læger ved University of California, Davis, for at bruge det til patientbilleddannelse og for at hjælpe med at fortolke resultater for forsøg med stamcelleterapier og genterapibehandlinger for arvelige nethindesygdomme. Forskerne vil også gerne anvende den nye optoretinografiske tilgang til dyremodeller af nethindesygdomme.

Kilde:

optik

Reference:

Vienola, KV, et al. (2022) Hastighedsbaseret optoretinografi til kliniske applikationer. Optik. doi.org/10.1364/OPTICA.460835.

.