Onderzoekers hebben een nieuw instrument ontwikkeld dat Voor de eerste keer, gemeten kleine door licht opgewekte vervormingen in individuele staafjes en kegeltjes in een levend menselijk oog. De nieuwe aanpak zou op een dag de detectie van netvliesaandoeningen zoals leeftijdsgebonden maculaire degeneratie, wereldwijd een belangrijke oorzaak van blindheid bij 55-plussers.

"Ons instrument biedt een unieke manier om retinale aandoeningen op cellulair niveau te bestuderen, " zei onderzoeksteamleider Ravi Jonnal van het University of California Davis (UC Davis) Eye Center. "Omdat bestaande methoden voor het meten van disfunctie veel minder gevoelig zijn, het biedt een potentiële nieuwe manier om ziekten op te sporen."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Letters , Jonnal en collega's beschrijven hun nieuwe instrument, die is gebaseerd op optische coherentietomografie (OCT). Door gebruik te maken van de nieuwe aanpak, ze konden meten hoe individuele staafjes en kegeltjes op licht reageren, en kon vervormingen detecteren die aanzienlijk kleiner waren dan de golflengte van de beeldvormende lichtbron.

Het werk maakt deel uit van een opkomend internationaal onderzoeksgebied dat tot doel heeft methoden te ontwikkelen om de functie van het retinale neurale circuit van levende mensen volledig vast te leggen.

Beeldvormende methoden combineren

Het zicht begint wanneer staaf- en kegelfotoreceptoren in het netvlies van het oog licht detecteren en signalen initiëren via een proces dat fototransductie wordt genoemd. Netvliesaandoeningen zoals leeftijdsgebonden maculaire degeneratie en retinitis pigmentosa veroorzaken verlies van het gezichtsvermogen door de functie van staafjes en kegeltjes te verstoren.

Omdat men denkt dat staafjes gevoeliger zijn voor de gevolgen van deze ziekten, veranderingen in hun functie kunnen een vroege indicator zijn van ziekte of de progressie ervan. Echter, het kleine formaat van de staven maakt het moeilijk om ze in beeld te brengen, veel minder meten hoe goed ze functioneren.

In het nieuwe werk de onderzoekers ontwikkelden een uniek high-speed OCT-systeem dat in staat is om lichte zwelling in de buitenste segmenten van de fotoreceptoren te detecteren die optreedt als een bijwerking van fototransductie. Het systeem bereikt dit door gespecialiseerde OCT-beelden gelijktijdig met scanninglicht-oftalmoscoopbeelden vast te leggen, waardoor het de locatie en het type fotoreceptoren kan bepalen die zijn vastgelegd in een reeks van honderden 3D-OCT-afbeeldingen.

"Hoewel het in beeld brengen van de zwelling van staafjes en kegeltjes de dynamiek van hun reactie op licht kan onthullen, tot voor kort, het was niet bekend of deze veranderingen in vivo in het menselijk oog konden worden gemeten, " zei Mehdi Azimipour, eerste auteur van het artikel. "Dit komt omdat de grootte van de fotoreceptoren en de schaal van de door licht opgewekte vervormingen ver onder de resoluties waren die worden geboden door retinale beeldvormingssystemen."

Hogesnelheidsdynamiek in beeld brengen

Onlangs, full-field OCT is gebruikt om de door licht opgewekte vervorming van grotere perifere kegels te visualiseren. Het OCT-systeem ontwikkeld door de onderzoekers van UC Davis biedt een betere confocaliteit, die de beeldkwaliteit verbetert door meer verstrooid licht te weren en bijbehorende ruis te onderdrukken. Omdat de door licht opgewekte vervorming van fotoreceptoren erg snel kan zijn, het nieuwe systeem bevat een high-speed Fourier-domain mode-locked laser die snelle beeldvorming mogelijk maakt en 16 keer sneller kan scannen dan commercieel beschikbare lasers die worden gebruikt voor swept source OCT.

Om beelden met de hoogst mogelijke resolutie vast te leggen, de onderzoekers gebruikten adaptieve optische technologie die de aberraties van het oog meet en in realtime corrigeert. Zelfs met adaptieve optica, staaffotoreceptoren zijn te klein om te worden afgebeeld vanwege de lichtbron van het systeem met een golflengte van 1 micron. Om dit probleem op te lossen, de onderzoekers voegden een scanning light oftalmoscope imaging channel toe dat een golflengte van minder dan 1 micron gebruikt om de beeldresolutie te verhogen. Dit maakte differentiatie van staafjes en kegeltjes in co-geregistreerde OCT-afbeeldingen mogelijk.

De onderzoekers gebruikten hun nieuwe instrument om de vervormingen van staafjes en kegeltjes te meten als reactie op licht van verschillende intensiteit in levende menselijke ogen. De reacties van de cellen namen toe naarmate de lichtintensiteit toenam totdat verzadiging optrad, consistent met fototransductie.

Omdat het nieuwe instrument grote hoeveelheden data (3,2 GB/s) produceert over zelfs een klein gezichtsveld, Er moet software worden ontwikkeld om het scannen van grotere delen van het netvlies en automatische gegevensverwerking mogelijk te maken. Dit zou het systeem praktischer maken voor klinisch gebruik.

De onderzoekers zijn nu van plan het instrument te gebruiken om de lichtreacties van de fotoreceptoren van patiënten met netvliesaandoeningen te meten om te kijken of er nieuwe inzichten kunnen worden verkregen. "We hopen betrokken te zijn bij het gebruik van het systeem om nieuwe therapieën voor verblindende ziekten te testen, om het proces om deze therapieën naar de kliniek te brengen te versnellen, ' zei Azimipour.