Μια νέα προσέγγιση απεικόνισης θα μπορούσε να βοηθήσει στην επιτάχυνση της ανάπτυξης νέων θεραπειών για τις οφθαλμικές παθήσεις

Μια νέα προσέγγιση απεικόνισης θα μπορούσε να βοηθήσει στην επιτάχυνση της ανάπτυξης νέων θεραπειών για τις οφθαλμικές παθήσεις

Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια απλή και γρήγορη μέθοδο για την πραγματοποίηση οπτοτινογραφίας, μια τεχνική απεικόνισης που μετρά τη λειτουργική δραστηριότητα που προκαλείται από το φως στον αμφιβληστροειδή του ματιού, το δίκτυο νευρώνων στο πίσω μέρος του ματιού που είναι υπεύθυνο για την ανίχνευση του φωτός και την έναρξη της όρασης. Ασθένειες του αμφιβληστροειδούς όπως η εκφύλιση της ωχράς κηλίδας και η διαβητική αμφιβληστροειδοπάθεια επηρεάζουν περισσότερο από το 50 τοις εκατό των ατόμων ηλικίας άνω των 60 ετών στις Ηνωμένες Πολιτείες. Αυτές οι ασθένειες επηρεάζουν τη λειτουργία του αμφιβληστροειδούς με τρόπο που μειώνει την όραση και, εάν αφεθεί χωρίς θεραπεία, μπορεί να οδηγήσει σε τύφλωση. Η νέα προσέγγιση θα μπορούσε να βοηθήσει στην επιτάχυνση της ανάπτυξης νέων θεραπειών για τις οφθαλμικές παθήσεις.

Η οπτορετινογραφία συνήθως χρησιμοποιεί πολύ ακριβό εξοπλισμό που απαιτούσε πολλούς ειδικούς για να λειτουργήσουν, ενώ ταυτόχρονα παρήγαγε τεράστιες ποσότητες δεδομένων που απαιτούσαν εκτεταμένους υπολογιστικούς πόρους. Βρήκαμε έναν τρόπο να το κάνουμε φθηνότερο και πιο γρήγορο».

Ravi Jonnal, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis

Ο Jonnal και οι συνεργάτες του αναφέρουν τη νέα τους προσέγγιση, την οποία ονομάζουν οπτοτινογραφία με βάση την ταχύτητα, στο Optica, το περιοδικό της Optica Publishing Group για την έρευνα υψηλού αντίκτυπου. Επιδεικνύουν επίσης την ικανότητα της μεθόδου να μετράει την ανταπόκριση του αμφιβληστροειδούς σε τρεις υγιείς εθελοντές.

«Αν και η οπτορετινογραφία με βάση την ταχύτητα θα μπορούσε ενδεχομένως να παρέχει στους κλινικούς ιατρούς πιο ακριβείς και προηγούμενες πληροφορίες σχετικά με την απώλεια λειτουργίας στον αμφιβληστροειδή, η πρώτη πραγματική επίδρασή της είναι πιο πιθανό να είναι στην επιτάχυνση των κλινικών δοκιμών για νέες θεραπείες για ασθένειες του αμφιβληστροειδούς», δήλωσε ο Jonnal, ο οποίος πραγματοποίησε μερικές από τις πρώτες οπτοτινογραφικές μετρήσεις ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο εργαστήριο του Πανεπιστημίου Don Miller στην Ιντιάνα. «Εάν μπορούμε να δούμε εάν η λειτουργία του αμφιβληστροειδούς βελτιώνεται ή επιδεινώνεται πιο γρήγορα από ό,τι με τις παραδοσιακές δοκιμές όπως οι οφθαλμολογικοί πίνακες, αυτό θα επιταχύνει σημαντικά την ανάπτυξη θεραπειών».

Παρακολούθηση αλλαγών σχήματος

Η οπτορετινογραφία ανιχνεύει ανεπαίσθητες αλλαγές στο σχήμα των νευρώνων που παράγουν ή μεταδίδουν σήματα στον αμφιβληστροειδή. Μέχρι στιγμής, ο Jonnal και άλλοι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει προσαρμοστική οπτική και οπτική τομογραφία συνοχής (OCT) για να οπτικοποιήσουν και να παρακολουθήσουν αυτούς τους νευρώνες στο ζωντανό, κινούμενο μάτι και στη συνέχεια εφάρμοσαν αλγόριθμους διόρθωσης κίνησης για να σταθεροποιήσουν τις εικόνες και να εξαγάγουν τη λειτουργική απόκριση. Αυτή η δαπανηρή και χρονοβόρα διαδικασία απαιτεί την επίλυση και την παρακολούθηση της θέσης των μεμονωμένων χαρακτηριστικών κελιών και τη χρήση αυτών των τοποθεσιών για να προσδιοριστεί εάν το κελί έχει αλλάξει σχήμα.

«Αν χρησιμοποιήσουμε ένα από τα προσαρμοστικά οπτικά μας συστήματα για να εκτελέσουμε οπτοτινογραφικές μετρήσεις, το πείραμα μπορεί εύκολα να διαρκέσει μισή μέρα και να οδηγήσει σε ένα terabyte δεδομένων για επεξεργασία», είπε ο Jonnal. "Η επεξεργασία των δεδομένων για την εξαγωγή ενός λειτουργικού σήματος θα διαρκέσει τουλάχιστον άλλες δύο ημέρες."

Για να αποφύγουν την ανάγκη επίλυσης και παρακολούθησης μεμονωμένων νευρώνων, ο Jonnal και οι συνεργάτες του θέλησαν να δουν αν μπορούσαν να μετρήσουν την ταχύτητα ή τον ρυθμό με τον οποίο κινούνται οι νευρώνες του αμφιβληστροειδούς ο ένας σε σχέση με τον άλλο. «Πιστεύαμε ότι ακόμα κι αν οι θέσεις των χαρακτηριστικών διέφεραν από κύτταρο σε κελί, η ταχύτητα με την οποία κινούνταν το ένα σε σχέση με το άλλο θα συσχετιζόταν σε μεγάλο βαθμό μεταξύ των κελιών», είπε ο Jonnal. «Αυτό αποδείχθηκε αλήθεια».

Μέτρηση κινούμενων νευρώνων

Για να πραγματοποιήσουν οπτοτινογραφία με βάση την ταχύτητα, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια νέα κάμερα OCT που επιτρέπει σε έναν χειριστή να καταγράφει εικόνες από περισσότερες θέσεις στον αμφιβληστροειδή από ό,τι είναι δυνατό με άλλες προσεγγίσεις οπτοτινογραφίας.

Οι ερευνητές επέδειξαν τη νέα τους τεχνική συλλέγοντας μετρήσεις από τρεις υγιείς εθελοντές. Κατάφεραν να συλλέξουν δεδομένα από κάθε ασθενή σε μόλις δέκα λεπτά και να επεξεργαστούν αυτά τα δεδομένα και να κάνουν διαθέσιμα τα αποτελέσματα μέσα σε 2 έως 3 λεπτά. Έδειξαν ότι οι λειτουργικές οπτορετινογραφικές αποκρίσεις μετρήθηκαν με την απλή προσέγγιση κλιμακούμενη με τη δόση του φωτός ερεθίσματος που χρησιμοποιήθηκε και ότι η απόκριση δόσης-ερεθίσματος ήταν αναπαραγώγιμη εντός και μεταξύ των εθελοντών.

Τώρα σχεδιάζουν πειράματα με στόχο να αποδείξουν την ευαισθησία της τεχνικής σε δυσλειτουργία που σχετίζεται με ασθένειες. Ο Jonnal συνεργάζεται επίσης με γιατρούς στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis, για να το χρησιμοποιήσει για απεικόνιση ασθενών και να βοηθήσει στην ερμηνεία των αποτελεσμάτων για δοκιμές θεραπειών με βλαστοκύτταρα και θεραπείες γονιδιακής θεραπείας για κληρονομικές ασθένειες του αμφιβληστροειδούς. Οι ερευνητές θα ήθελαν επίσης να εφαρμόσουν τη νέα προσέγγιση οπτοτινογραφίας σε ζωικά μοντέλα ασθενειών του αμφιβληστροειδούς.

Πηγή:

οπτική

Αναφορά:

Vienola, KV, et αϊ. (2022) Οπτορετινογραφία με βάση την ταχύτητα για κλινικές εφαρμογές. Οπτική. doi.org/10.1364/OPTICA.460835.

.