Os pesquisadores desenvolveram um sistema único de OCT / oftalmoscópio de luz de varredura (SLO) sincronizado de alta velocidade que captura a função dos cones e bastonetes da retina. As imagens OCT são co-registradas com imagens SLO para identificar a localização e o tipo de fotorreceptores capturados na série de imagens 3D OCT. A configuração óptica é mostrada. Crédito:Mehdi Azimipour, UC Davis Eye Center.
Os pesquisadores desenvolveram um novo instrumento que tem, pela primeira vez, mediu minúsculas deformações evocadas por luz em cones e bastonetes individuais em um olho humano vivo. A nova abordagem pode um dia melhorar a detecção de doenças da retina, como degeneração macular relacionada à idade, uma das principais causas de cegueira em pessoas com mais de 55 anos em todo o mundo.
"Nosso instrumento oferece uma maneira única de estudar doenças da retina em nível celular, "disse o líder da equipe de pesquisa Ravi Jonnal do Centro de Olhos da Universidade da Califórnia Davis (UC Davis)." Como os métodos existentes para medir a disfunção são muito menos sensíveis, oferece uma nova maneira potencial de detectar doenças. "
No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , Jonnal e colegas descrevem seu novo instrumento, que se baseia na tomografia de coerência óptica (OCT). Usando a nova abordagem, eles foram capazes de medir como os cones e bastonetes individuais respondem à luz, e poderia detectar deformações que eram significativamente menores do que o comprimento de onda da fonte de luz de imagem.
O trabalho faz parte de um emergente campo internacional de pesquisa que visa desenvolver métodos para capturar totalmente a função do circuito neural da retina de pessoas vivas.
Combinando métodos de imagem
A visão começa quando fotorreceptores cones e bastonetes na retina do olho detectam luz e iniciam sinais por meio de um processo chamado fototransdução. Doenças retinianas, como degeneração macular relacionada à idade e retinite pigmentosa, causam perda de visão ao interferir na função de bastonetes e cones.
As imagens adquiridas simultaneamente de OCT e do oftalmoscópio de luz de varredura (SLO). As hastes não são tão bem resolvidas na projeção de OCT (A), mas podem ser identificadas na imagem SLO (B). A barra de escala é de 10 micrômetros. Crédito:Mehdi Azimipour, UC Davis Eye Center.
Como os bastonetes são considerados mais sensíveis aos impactos dessas doenças, mudanças em sua função podem fornecer um indicador precoce da doença ou de sua progressão. Contudo, o pequeno tamanho das hastes torna difícil imaginá-las, muito menos medir o quão bem eles estão funcionando.
No novo trabalho, os pesquisadores desenvolveram um sistema OCT de alta velocidade exclusivo, capaz de detectar um leve inchaço nos segmentos externos dos fotorreceptores, que ocorre como efeito colateral da fototransdução. O sistema consegue isso capturando imagens especializadas de OCT simultaneamente com a varredura de imagens de oftalmoscópio de luz, permitindo identificar a localização e o tipo de fotorreceptores capturados em uma série de centenas de imagens 3-D OCT.
"Embora a imagem do inchaço de bastonetes e cones possa revelar a dinâmica de sua resposta à luz, até recentemente, não se sabia se essas mudanças poderiam ser medidas in vivo no olho humano, "disse Mehdi Azimipour, primeiro autor do artigo. "Isso ocorre porque o tamanho dos fotorreceptores e a escala das deformações evocadas pela luz estavam bem abaixo das resoluções fornecidas pelos sistemas de imagem da retina."
Dinâmica de imagem em alta velocidade
Recentemente, A OCT de campo completo foi usada para visualizar a deformação evocada pela luz de cones periféricos maiores. O sistema OCT desenvolvido pelos pesquisadores da UC Davis oferece melhor confocalidade, que melhora a qualidade da imagem, rejeitando mais luz dispersa e suprimindo o ruído associado. Como a deformação evocada pela luz dos fotorreceptores pode ser muito rápida, o novo sistema incorpora um laser bloqueado de modo de domínio de Fourier de alta velocidade que permite imagens rápidas e pode digitalizar 16 vezes mais rápido do que os lasers disponíveis comercialmente usados para OCT de fonte de varredura.
(A) e (B) mostram as imagens de OCT para duas intensidades de luz de estímulo diferentes. (C) e (D) mostram gráficos dos sinais funcionais correspondentes de cones e bastonetes selecionados no campo para os estímulos visíveis. Nenhum alongamento do cone é visível em resposta ao brilho do dimmer em (C), ao passo que uma resposta clara da haste é visível. Em resposta ao flash mais claro em (D), ambos os bastonetes e cones se alongam, com o alongamento das hastes tendo amplitude várias vezes maior. Crédito:Mehdi Azimipour, UC Davis Eye Center.
Para capturar imagens com a maior resolução possível, os pesquisadores incorporaram tecnologia de óptica adaptativa que mede as aberrações do olho e as corrige em tempo real. Mesmo com óptica adaptativa, fotorreceptores de bastonete são muito pequenos para serem visualizados devido à fonte de luz de comprimento de onda de 1 mícron do sistema. Para superar esse problema, os pesquisadores adicionaram um canal de imagem do oftalmoscópio de luz de varredura que usa um comprimento de onda inferior a 1 mícron para aumentar a resolução da imagem. Isso permitiu a diferenciação de bastonetes e cones em imagens de OCT co-registradas.
Os pesquisadores usaram seu novo instrumento para medir as deformações de bastonetes e cones em resposta à luz de intensidade variável em olhos humanos vivos. As respostas das células aumentaram conforme a intensidade da luz aumentava até ocorrer a saturação, consistente com fototransdução.
Como o novo instrumento produz grandes quantidades de dados (3,2 GB / s), mesmo em um pequeno campo de visão, software precisa ser desenvolvido para permitir a digitalização de áreas maiores da retina e processamento automático de dados. Isso tornaria o sistema mais prático para uso clínico.
Os pesquisadores agora estão planejando usar o instrumento para medir as respostas à luz dos fotorreceptores de pacientes com doenças da retina para ver se novos conhecimentos podem ser obtidos. "Esperamos estar envolvidos no uso do sistema para testar novas terapias para doenças que causam cegueira, para acelerar o processo de trazer essas terapêuticas para a clínica, "disse Azimipour.
