I ricercatori hanno sviluppato una tecnica non invasiva in grado di catturare immagini di fotorecettori a bastoncello e cono con dettagli senza precedenti. Il progresso potrebbe portare a nuovi trattamenti e alla diagnosi precoce di malattie della retina come la degenerazione maculare, una delle principali cause di perdita della vista.

"Speriamo che questa tecnica riveli meglio i sottili cambiamenti nelle dimensioni, forma e distribuzione dei fotorecettori a bastoncello e cono nelle malattie che colpiscono la retina, "Ha detto il leader del gruppo di ricerca Johnny Tam del National Eye Institute. "Capire cosa succede a queste cellule prima che vadano perse è un passo importante verso lo sviluppo di interventi precoci per curare e prevenire la cecità".

In ottica , La rivista della Optical Society (OSA), i ricercatori dimostrano che il loro nuovo metodo di imaging supera i limiti di risoluzione imposti dalla barriera di diffrazione della luce. I ricercatori realizzano questa impresa utilizzando una luce sicura per l'imaging dell'occhio umano vivente.

"Il limite di diffrazione della luce può ora essere regolarmente superato in microscopia, che ha rivoluzionato la ricerca biologica, " ha detto Tam. "Il nostro lavoro rappresenta un primo passo verso l'imaging sub-diffrazione di routine delle cellule del corpo umano".

Usare meno luce per vedere di più

Ottenere immagini ad alta risoluzione dei fotorecettori nella parte posteriore dell'occhio è impegnativo perché gli elementi ottici dell'occhio (come lente e cornea) distorcono la luce in un modo che può ridurre sostanzialmente la risoluzione dell'immagine. La barriera di diffrazione della luce limita anche la capacità degli strumenti ottici di distinguere tra due oggetti troppo vicini tra loro. Sebbene ci siano vari metodi per l'imaging oltre il limite di diffrazione, la maggior parte di questi approcci utilizza troppa luce per visualizzare in sicurezza occhi umani viventi.

Per superare queste sfide, i ricercatori hanno migliorato una tecnica di imaging retinico nota come oftalmoscopia leggera a scansione ottica adattiva, che utilizza specchi deformabili e metodi computazionali per correggere le imperfezioni ottiche dell'occhio in tempo reale.

"Si potrebbe pensare che sia necessaria più luce per ottenere un'immagine migliore, ma dimostriamo che possiamo migliorare la risoluzione bloccando strategicamente la luce in varie posizioni all'interno del nostro strumento, " ha detto Tam. "Questo approccio riduce la potenza complessiva della luce trasmessa all'occhio, rendendolo ideale per le applicazioni di imaging dal vivo."

Per il nuovo approccio, i ricercatori hanno generato un anello a forma di o vuoto, raggio di luce. L'uso di questo tipo di raggio ha migliorato la risoluzione attraverso i fotorecettori, ma a scapito della risoluzione della profondità. Per recuperare la risoluzione della profondità perduta, i ricercatori hanno utilizzato un piccolo foro stenopeico chiamato disco sub-Airy per bloccare la luce che ritorna dall'occhio. Hanno dimostrato che questo approccio di imaging potrebbe essere utilizzato per migliorare una tecnica di microscopia chiamata rilevamento dello split non confocale, che viene utilizzato per acquisire visualizzazioni complementari dei fotorecettori.

Test in clinica

Dopo aver dimostrato che la risoluzione delle immagini è stata migliorata nelle simulazioni teoriche, i ricercatori hanno confermato le loro simulazioni utilizzando vari obiettivi di test. Hanno quindi utilizzato il nuovo metodo per visualizzare i fotorecettori a cono e bastoncello in cinque volontari sani presso il Centro clinico del National Institutes of Health.

Il nuovo approccio ha prodotto un aumento di circa il 33% della risoluzione trasversale e un miglioramento del 13% della risoluzione assiale rispetto alla tradizionale oftalmoscopia a scansione ottica con ottica adattiva. Utilizzando il loro approccio ottimizzato, i ricercatori sono stati in grado di vedere una struttura subcellulare di forma circolare al centro dei fotorecettori a cono che non poteva essere chiaramente visualizzata in precedenza.

"La capacità di visualizzare in modo non invasivo i fotorecettori con risoluzione subcellulare può essere utilizzata per monitorare come le singole cellule cambiano nel tempo, " disse Tam. "Per esempio, guardando una cellula cominciare a degenerare, e poi eventualmente recuperare, sarà un importante passo avanti per testare nuovi trattamenti per prevenire la cecità".

I ricercatori hanno in programma di visualizzare gli occhi di più pazienti con la nuova tecnica e utilizzare le immagini per iniziare a rispondere a domande fondamentali legate alla salute dei bastoncelli e dei coni. Per esempio, sono interessati a visualizzare la salute dei bastoncelli e dei coni nelle persone che hanno malattie genetiche rare. Dicono che il loro approccio di imaging potrebbe essere applicato ad altri approcci di microscopia e imaging basati sulla scansione di punti in cui è importante acquisire immagini con bassi livelli di luce.