Un nuovo approccio di imaging potrebbe contribuire ad accelerare lo sviluppo di nuovi trattamenti per le malattie degli occhi

Un nuovo approccio di imaging potrebbe contribuire ad accelerare lo sviluppo di nuovi trattamenti per le malattie degli occhi

I ricercatori hanno sviluppato un metodo semplice e rapido per eseguire l'optoretinografia, una tecnica di imaging che misura l'attività funzionale indotta dalla luce nella retina dell'occhio, la rete di neuroni nella parte posteriore dell'occhio responsabile della rilevazione della luce e dell'avvio della visione. Le malattie della retina come la degenerazione maculare e la retinopatia diabetica colpiscono più del 50% delle persone negli Stati Uniti di età superiore ai 60 anni. Queste malattie influenzano la funzione della retina in modo tale da ridurre la vista e, se non trattate, possono portare alla cecità. Il nuovo approccio potrebbe contribuire ad accelerare lo sviluppo di nuovi trattamenti per le malattie degli occhi.

L'optoretinografia ha tipicamente utilizzato apparecchiature molto costose che richiedevano il funzionamento di più esperti, producendo allo stesso tempo enormi quantità di dati che richiedevano estese risorse di calcolo. Abbiamo trovato un modo per renderlo più economico e veloce”.

Ravi Jonnal, leader del gruppo di ricerca, Università della California, Davis

Jonnal e colleghi riferiscono del loro nuovo approccio, che chiamano optoretinografia basata sulla velocità, in Optica, la rivista di ricerca ad alto impatto dell'Optica Publishing Group. Dimostrano inoltre la capacità del metodo di misurare la risposta retinica in tre volontari sani.

"Sebbene l'optoretinografia basata sulla velocità possa potenzialmente fornire ai medici informazioni più accurate e tempestive sulla perdita di funzione della retina, è più probabile che il suo primo vero impatto sia nell'accelerare gli studi clinici per nuovi trattamenti per le malattie della retina", ha affermato Jonnal, che ha eseguito alcune delle prime misurazioni optoretinografiche come studente laureato nel laboratorio di Don Miller all'Università dell'Indiana. “Se riusciamo a vedere se la funzione retinica sta migliorando o peggiorando più rapidamente rispetto ai test tradizionali come le mappe oculari, ciò accelererà significativamente lo sviluppo dei trattamenti”.

Monitoraggio dei cambiamenti di forma

L'optoretinografia rileva sottili cambiamenti nella forma dei neuroni che producono o trasmettono segnali nella retina. Finora, Jonnal e altri ricercatori hanno utilizzato l’ottica adattiva e la tomografia a coerenza ottica (OCT) per visualizzare e tracciare questi neuroni nell’occhio vivente e in movimento, quindi hanno applicato algoritmi di correzione del movimento per stabilizzare le immagini ed estrarre la risposta funzionale. Questo processo costoso e dispendioso in termini di tempo richiede la risoluzione e il monitoraggio della posizione delle singole caratteristiche della cella e l’utilizzo di tali posizioni per determinare se la cella ha cambiato forma.

"Se utilizziamo uno dei nostri sistemi di ottica adattiva per eseguire misurazioni optoretinografiche, l'esperimento può facilmente richiedere mezza giornata e comportare l'elaborazione di un terabyte di dati", ha affermato Jonnal. "L'elaborazione dei dati per estrarre un segnale funzionale richiederà almeno un altro giorno o due."

Per evitare la necessità di risolvere e tracciare i singoli neuroni, Jonnal e colleghi hanno voluto vedere se potevano invece misurare la velocità con cui i neuroni della retina si muovono l'uno rispetto all'altro. "Credevamo che anche se la posizione delle caratteristiche variasse da cellula a cellula, la velocità con cui si muovevano l'una rispetto all'altra sarebbe stata altamente correlata tra le cellule", ha detto Jonnal. "Questo si è rivelato vero."

Misurare i neuroni in movimento

Per eseguire l'optoretinografia basata sulla velocità, i ricercatori hanno sviluppato una nuova fotocamera OCT che consente a un singolo operatore di catturare immagini da più posizioni nella retina rispetto a quanto sia possibile con altri approcci optoretingrafici.

I ricercatori hanno dimostrato la loro nuova tecnica raccogliendo misurazioni da tre volontari sani. Sono stati in grado di raccogliere dati da ciascun paziente in soli dieci minuti, elaborarli e rendere disponibili i risultati entro 2 o 3 minuti. Hanno dimostrato che le risposte optoretinografiche funzionali misurate con l’approccio semplice scalavano con la dose di stimolo luminoso utilizzata e che la risposta dose-stimolo era riproducibile all’interno e tra i volontari.

Stanno ora pianificando esperimenti volti a dimostrare la sensibilità della tecnica alle disfunzioni legate alla malattia. Jonnal sta anche lavorando con i medici dell'Università della California, a Davis, per utilizzarlo per l'imaging dei pazienti e per aiutare a interpretare i risultati per le sperimentazioni sulle terapie con cellule staminali e sui trattamenti di terapia genica per le malattie ereditarie della retina. I ricercatori vorrebbero anche applicare il nuovo approccio dell'optoretinografia a modelli animali di malattie della retina.

Fonte:

ottica

Riferimento:

Vienola, KV, et al. (2022) Optoretinografia basata sulla velocità per applicazioni cliniche. Ottica. doi.org/10.1364/OPTICA.460835.

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