Les chercheurs ont mis au point un système unique d'OCT/ophtalmoscope à balayage (SLO) synchronisé à grande vitesse qui capture la fonction des bâtonnets et des cônes de la rétine. Les images OCT sont co-enregistrées avec les images SLO pour localiser l'emplacement et le type de photorécepteurs capturés dans la série d'images OCT 3D. La configuration optique est affichée. Crédit :Mehdi Azimipour, Centre des yeux UC Davis.
Les chercheurs ont développé un nouvel instrument qui a, pour la première fois, mesuré de minuscules déformations provoquées par la lumière dans des bâtonnets et des cônes individuels dans un œil humain vivant. La nouvelle approche pourrait un jour améliorer la détection des maladies rétiniennes telles que la dégénérescence maculaire liée à l'âge, une cause majeure de cécité chez les personnes de plus de 55 ans dans le monde.
"Notre instrument offre un moyen unique d'étudier la maladie rétinienne au niveau cellulaire, ", a déclaré le chef de l'équipe de recherche Ravi Jonnal du Centre de l'œil de l'Université de Californie Davis (UC Davis). "Parce que les méthodes existantes pour mesurer le dysfonctionnement sont beaucoup moins sensibles, il offre une nouvelle façon potentielle de détecter la maladie. »
Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , Jonnal et ses collègues décrivent leur nouvel instrument, qui est basé sur la tomographie par cohérence optique (OCT). En utilisant la nouvelle approche, ils ont pu mesurer comment les bâtonnets et les cônes individuels réagissent à la lumière, et pouvait détecter des déformations significativement plus petites que la longueur d'onde de la source lumineuse d'imagerie.
Le travail fait partie d'un domaine de recherche international émergent qui vise à développer des méthodes pour saisir pleinement la fonction du circuit neuronal rétinien des personnes vivantes.
Combiner les méthodes d'imagerie
La vision commence lorsque les photorécepteurs en bâtonnets et en cônes de la rétine de l'œil détectent la lumière et initient des signaux par le biais d'un processus appelé phototransduction. Les maladies rétiniennes telles que la dégénérescence maculaire liée à l'âge et la rétinite pigmentaire entraînent une perte de vision en interférant avec la fonction des bâtonnets et des cônes.
Les images OCT et à balayage optique (SLO) acquises simultanément. Les bâtonnets ne sont pas aussi bien résolus dans la projection OCT (A) mais peuvent être identifiés dans l'image SLO (B). La barre d'échelle est de 10 micromètres. Crédit :Mehdi Azimipour, Centre des yeux UC Davis.
Parce que les bâtonnets sont considérés comme plus sensibles aux impacts de ces maladies, des changements dans leur fonction pourraient fournir un indicateur précoce de la maladie ou de sa progression. Cependant, la petite taille des bâtonnets rend difficile leur image, encore moins mesurer leur bon fonctionnement.
Dans le nouveau travail, les chercheurs ont développé un système OCT à grande vitesse unique capable de détecter un léger gonflement dans les segments externes des photorécepteurs qui se produit comme effet secondaire de la phototransduction. Le système y parvient en capturant des images OCT spécialisées simultanément avec des images d'ophtalmoscope à balayage lumineux, lui permettant de localiser l'emplacement et le type de photorécepteurs capturés dans une série de centaines d'images OCT 3D.
"Bien que l'imagerie du gonflement des bâtonnets et des cônes puisse révéler la dynamique de leur réponse à la lumière, jusque récemment, on ne savait pas si ces changements pouvaient être mesurés in vivo dans l'œil humain, " a déclaré Mehdi Azimipour, premier auteur de l'article. "C'est parce que la taille des photorécepteurs et l'échelle des déformations provoquées par la lumière étaient bien inférieures aux résolutions fournies par les systèmes d'imagerie rétinienne."
Imagerie dynamique à grande vitesse
Récemment, L'OCT plein champ a été utilisé pour visualiser la déformation provoquée par la lumière de cônes périphériques plus grands. Le système OCT développé par les chercheurs de l'UC Davis offre une meilleure confocalité, qui améliore la qualité de l'image en rejetant plus de lumière diffusée et en supprimant le bruit associé. Parce que la déformation provoquée par la lumière des photorécepteurs peut être très rapide, le nouveau système intègre un laser à verrouillage de mode dans le domaine de Fourier à grande vitesse qui permet une imagerie rapide et peut numériser 16 fois plus rapidement que les lasers disponibles dans le commerce utilisés pour l'OCT à source balayée.
(A) et (B) montrent les images OCT pour deux intensités lumineuses de stimulus différentes. (C) et (D) montrent des tracés des signaux fonctionnels correspondants de bâtonnets et de cônes sélectionnés sur le terrain aux stimuli visibles. Aucun allongement du cône n'est visible en réponse au flash du variateur en (C), alors qu'une réponse claire de la tige est visible. En réponse au flash plus lumineux en (D), les tiges et les cônes s'allongent, avec l'allongement des tiges ayant une amplitude plusieurs fois supérieure. Crédit :Mehdi Azimipour, Centre des yeux UC Davis.
Pour capturer des images de la plus haute résolution possible, les chercheurs ont intégré une technologie d'optique adaptative qui mesure les aberrations de l'œil et les corrige en temps réel. Même avec l'optique adaptative, les photorécepteurs à tige sont trop petits pour être imagés en raison de la source lumineuse de longueur d'onde de 1 micron du système. Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont ajouté un canal d'imagerie d'ophtalmoscope à lumière de balayage qui utilise une longueur d'onde inférieure à 1 micron pour augmenter la résolution d'imagerie. Cela a permis de différencier les bâtonnets et les cônes dans les images OCT co-enregistrées.
Les chercheurs ont utilisé leur nouvel instrument pour mesurer les déformations des bâtonnets et des cônes en réponse à la lumière d'intensité variable dans les yeux humains vivants. Les réponses des cellules augmentaient à mesure que l'intensité lumineuse augmentait jusqu'à saturation, compatible avec la phototransduction.
Parce que le nouvel instrument produit de grandes quantités de données (3,2 Go/s) même sur un petit champ de vision, un logiciel doit être développé pour permettre la numérisation de plus grandes zones de la rétine et le traitement automatique des données. Cela rendrait le système plus pratique pour une utilisation clinique.
Les chercheurs prévoient maintenant d'utiliser l'instrument pour mesurer les réponses lumineuses des photorécepteurs de patients atteints de maladies rétiniennes afin de voir si de nouvelles informations peuvent être obtenues. "Nous espérons être impliqués dans l'utilisation du système pour tester de nouvelles thérapies pour les maladies cécitantes, pour accélérer le processus d'amener ces thérapeutiques à la clinique, " dit Azimipour.
