Nowe podejście do obrazowania może pomóc przyspieszyć rozwój nowych metod leczenia chorób oczu

Nowe podejście do obrazowania może pomóc przyspieszyć rozwój nowych metod leczenia chorób oczu

Naukowcy opracowali prostą i szybką metodę wykonywania optoretinografii – techniki obrazowania, która mierzy wywołaną światłem aktywność funkcjonalną siatkówki oka – sieci neuronów w tylnej części oka odpowiedzialnej za wykrywanie światła i inicjowanie widzenia. Choroby siatkówki, takie jak zwyrodnienie plamki żółtej i retinopatia cukrzycowa, dotykają ponad 50 procent osób w Stanach Zjednoczonych po 60. roku życia. Choroby te wpływają na funkcję siatkówki w sposób pogarszający widzenie, a nieleczone mogą prowadzić do ślepoty. Nowe podejście może pomóc przyspieszyć rozwój nowych metod leczenia chorób oczu.

W optoretinografii zazwyczaj używano bardzo drogiego sprzętu, którego obsługa wymagała wielu ekspertów, a jednocześnie generowała ogromne ilości danych, które wymagały dużych zasobów obliczeniowych. Znaleźliśmy sposób, aby uczynić to tańszym i szybszym”.

Ravi Jonnal, kierownik zespołu badawczego, Uniwersytet Kalifornijski w Davis

Jonnal i współpracownicy opisują swoje nowe podejście, które nazwali optoretinografią opartą na prędkości, w Optica, czasopiśmie Optica Publishing Group zawierającym badania o dużym wpływie. Wykazali także zdolność tej metody do pomiaru odpowiedzi siatkówki u trzech zdrowych ochotników.

„Chociaż optoretynografia oparta na prędkości mogłaby potencjalnie zapewnić klinicystom dokładniejsze i wcześniejsze informacje na temat utraty funkcji siatkówki, jej pierwszym prawdziwym skutkiem będzie raczej przyspieszenie badań klinicznych nad nowymi metodami leczenia chorób siatkówki” – powiedział Jonnal, który jako student studiów magisterskich w laboratorium Dona Millera na Uniwersytecie Indiana przeprowadził niektóre z pierwszych pomiarów optoretynograficznych. „Jeśli zobaczymy, czy funkcja siatkówki poprawia się, czy pogarsza szybciej niż za pomocą tradycyjnych testów, takich jak wykresy oka, znacznie przyspieszy to rozwój metod leczenia”.

Śledzenie zmian kształtu

Optoretinografia wykrywa subtelne zmiany w kształcie neuronów wytwarzających lub przekazujących sygnały w siatkówce. Jak dotąd Jonnal i inni badacze używali optyki adaptacyjnej i optycznej tomografii koherentnej (OCT) do wizualizacji i śledzenia neuronów w żywym, poruszającym się oku, a następnie stosowali algorytmy korekcji ruchu w celu stabilizacji obrazów i wyodrębnienia odpowiedzi funkcjonalnej. Ten kosztowny i czasochłonny proces wymaga określenia i śledzenia lokalizacji poszczególnych cech komórki oraz wykorzystania tych lokalizacji do ustalenia, czy komórka zmieniła kształt.

„Jeśli do wykonywania pomiarów optoretynograficznych użyjemy jednego z naszych systemów optyki adaptacyjnej, eksperyment może z łatwością zająć pół dnia i skutkować przetworzeniem terabajta danych” – powiedział Jonnal. „Przetwarzanie danych w celu wyodrębnienia sygnału funkcjonalnego zajmie co najmniej kolejny dzień lub dwa”.

Aby uniknąć konieczności rozpoznawania i śledzenia poszczególnych neuronów, Jonnal i współpracownicy chcieli sprawdzić, czy zamiast tego mogliby zmierzyć prędkość lub tempo, z jakim neurony siatkówki poruszają się względem siebie. „Uważaliśmy, że nawet jeśli położenie obiektów różni się w zależności od komórki, prędkość, z jaką poruszają się względem siebie, będzie silnie skorelowana między komórkami” – powiedział Jonnal. „Okazało się, że to prawda.”

Pomiar poruszających się neuronów

Aby wykonać optoretinografię opartą na prędkości, badacze opracowali nową kamerę OCT, która umożliwia jednemu operatorowi przechwytywanie obrazów z większej liczby miejsc siatkówki, niż jest to możliwe w przypadku innych metod optoretinografii.

Naukowcy zademonstrowali swoją nową technikę, zbierając pomiary od trzech zdrowych ochotników. Udało im się zebrać dane od każdego pacjenta w ciągu zaledwie dziesięciu minut, przetworzyć je i udostępnić wyniki w ciągu 2–3 minut. Wykazali, że funkcjonalne odpowiedzi optoretynograficzne mierzono za pomocą prostego podejścia w skali z zastosowaną dawką bodźca świetlnego i że reakcja na dawkę-bodziec była powtarzalna u ochotników i pomiędzy nimi.

Obecnie planują eksperymenty mające na celu wykazanie wrażliwości tej techniki na dysfunkcje związane z chorobą. Jonnal współpracuje także z lekarzami z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis, aby wykorzystać go do obrazowania pacjentów i pomóc w interpretacji wyników prób terapii komórkami macierzystymi i terapii genowej w przypadku dziedzicznych chorób siatkówki. Naukowcy chcieliby także zastosować nowe podejście optoretinograficzne do zwierzęcych modeli chorób siatkówki.

Źródło:

optyka

Odniesienie:

Vienola, KV i in. (2022) Optoretinografia oparta na prędkości do zastosowań klinicznych. Optyka. doi.org/10.1364/OPTICA.460835.

.