I ricercatori hanno sviluppato un sistema di oftalmoscopio a luce di scansione/OCT ad alta velocità sincronizzato unico (SLO) che cattura la funzione dei bastoncelli e dei coni della retina. Le immagini OCT sono co-registrate con le immagini SLO per individuare la posizione e il tipo di fotorecettori catturati nella serie di immagini 3D OCT. Viene mostrata la configurazione ottica. Credito:Mehdi Azimipour, UC Davis Eye Center.
I ricercatori hanno sviluppato un nuovo strumento che ha, per la prima volta, misurato minuscole deformazioni evocate dalla luce in singoli coni e bastoncelli in un occhio umano vivente. Il nuovo approccio potrebbe un giorno migliorare l'individuazione di malattie della retina come la degenerazione maculare senile, una delle principali cause di cecità nelle persone con più di 55 anni in tutto il mondo.
"Il nostro strumento offre un modo unico per studiare le malattie della retina a livello cellulare, ", ha affermato il leader del gruppo di ricerca Ravi Jonnal dell'Università della California Davis (UC Davis) Eye Center. "Poiché i metodi esistenti per misurare le disfunzioni sono molto meno sensibili, offre un potenziale nuovo modo per rilevare la malattia".
Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , Jonnal e colleghi descrivono il loro nuovo strumento, che si basa sulla tomografia a coerenza ottica (OCT). Utilizzando il nuovo approccio, sono stati in grado di misurare come i singoli bastoncelli e coni rispondono alla luce, e poteva rilevare deformazioni significativamente inferiori alla lunghezza d'onda della sorgente luminosa di imaging.
Il lavoro fa parte di un emergente campo di ricerca internazionale che mira a sviluppare metodi per catturare pienamente la funzione del circuito neurale retinico delle persone viventi.
Combinazione di metodi di imaging
La visione inizia quando i fotorecettori a bastoncello e cono nella retina dell'occhio rilevano la luce e iniziano i segnali attraverso un processo chiamato fototrasduzione. Le malattie della retina come la degenerazione maculare senile e la retinite pigmentosa causano la perdita della vista interferendo con la funzione dei bastoncelli e dei coni.
Le immagini OCT acquisite contemporaneamente e l'oftalmoscopio ottico a scansione (SLO). I bastoncelli non sono così ben risolti nella proiezione OCT (A) ma possono essere identificati nell'immagine SLO (B). La barra della scala è di 10 micrometri. Credito:Mehdi Azimipour, UC Davis Eye Center.
Poiché si ritiene che i bastoncelli siano più sensibili agli impatti di queste malattie, cambiamenti nella loro funzione potrebbero fornire un indicatore precoce della malattia o della sua progressione. Però, la piccola dimensione delle aste rende difficile la loro immagine, molto meno misurare quanto bene stanno funzionando.
Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno sviluppato un esclusivo sistema OCT ad alta velocità in grado di rilevare un leggero rigonfiamento nei segmenti esterni dei fotorecettori che si verifica come effetto collaterale della fototrasduzione. Il sistema ottiene ciò acquisendo immagini OCT specializzate contemporaneamente alla scansione di immagini oftalmoscopiche leggere, consentendogli di individuare la posizione e il tipo di fotorecettori catturati in una serie di centinaia di immagini OCT 3-D.
"Sebbene l'imaging del rigonfiamento di bastoncelli e coni possa rivelare la dinamica della loro risposta alla luce, fino a poco tempo fa, non era noto se questi cambiamenti potessero essere misurati in vivo nell'occhio umano, " disse Mehdi Azimipour, primo autore del saggio. "Questo perché la dimensione dei fotorecettori e la scala delle deformazioni evocate dalla luce erano ben al di sotto delle risoluzioni fornite dai sistemi di imaging retinico".
Immagini dinamiche ad alta velocità
Recentemente, L'OCT a pieno campo è stato utilizzato per visualizzare la deformazione evocata dalla luce di coni periferici più grandi. Il sistema OCT sviluppato dai ricercatori di UC Davis offre una migliore confocalità, che migliora la qualità dell'immagine rifiutando la luce più diffusa e sopprimendo il rumore associato. Poiché la deformazione evocata dalla luce dei fotorecettori può essere molto veloce, il nuovo sistema incorpora un laser ad alta velocità in modalità di dominio di Fourier bloccato che consente l'imaging veloce e può scansionare 16 volte più velocemente dei laser disponibili in commercio utilizzati per l'OCT con sorgente di scansione.
(A) e (B) mostrano le immagini OCT per due diverse intensità di luce di stimolo. (C) e (D) mostrano i grafici dei corrispondenti segnali funzionali di coni e bastoncelli selezionati nel campo agli stimoli visibili. Nessun allungamento del cono è visibile in risposta al flash dimmer in (C), mentre è visibile una chiara risposta dell'asta. In risposta al flash più luminoso in (D), sia le aste che i coni si allungano, con l'allungamento delle aste di ampiezza diverse volte maggiore. Credito:Mehdi Azimipour, UC Davis Eye Center.
Per acquisire immagini con la massima risoluzione possibile, i ricercatori hanno incorporato la tecnologia dell'ottica adattiva che misura le aberrazioni dell'occhio e le corregge in tempo reale. Anche con l'ottica adattiva, i fotorecettori a bastoncino sono troppo piccoli per essere visualizzati a causa della sorgente luminosa a lunghezza d'onda di 1 micron del sistema. Per superare questo problema, i ricercatori hanno aggiunto un canale di imaging dell'oftalmoscopio a luce di scansione che utilizza una lunghezza d'onda inferiore a 1 micron per aumentare la risoluzione dell'immagine. Ciò ha consentito la differenziazione di bastoncelli e coni nelle immagini OCT co-registrate.
I ricercatori hanno usato il loro nuovo strumento per misurare le deformazioni di bastoncelli e coni in risposta alla luce di intensità variabile negli occhi umani viventi. Le risposte delle cellule sono aumentate all'aumentare dell'intensità della luce fino alla saturazione, coerente con la fototrasduzione.
Poiché il nuovo strumento produce grandi quantità di dati (3,2 GB/s) anche su un piccolo campo visivo, il software deve essere sviluppato per consentire la scansione di aree più ampie della retina e l'elaborazione automatica dei dati. Ciò renderebbe il sistema più pratico per l'uso clinico.
I ricercatori stanno ora pianificando di utilizzare lo strumento per misurare le risposte alla luce dei fotorecettori dei pazienti con malattie della retina per vedere se è possibile acquisire nuove informazioni. "Speriamo di essere coinvolti nell'utilizzo del sistema per testare nuove terapie per le malattie accecanti, per accelerare il processo di portare quelle terapie alla clinica, " disse Azimipour.
