Les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique d'imagerie basée sur l'optique adaptative à balayage optique pour acquérir des images des plus petits photorécepteurs à cône dans l'œil humain vivant (à gauche). Ils ont également combiné leur approche avec la détection de division non confocale (à droite) pour mieux voir les segments internes des mêmes photorécepteurs. Les deux images sont acquises simultanément et sont co-enregistrées l'une avec l'autre. Crédit :Johnny Tam, Institut national de l'œil
Les chercheurs ont mis au point une technique non invasive qui peut capturer des images de photorécepteurs à bâtonnets et à cônes avec des détails sans précédent. Cette avancée pourrait conduire à de nouveaux traitements et à une détection plus précoce des maladies rétiniennes telles que la dégénérescence maculaire, une des principales causes de perte de vision.
"Nous espérons que cette technique révélera mieux les changements subtils de la taille, forme et distribution des photorécepteurs en bâtonnets et en cônes dans les maladies qui affectent la rétine, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche Johnny Tam du National Eye Institute. " Déterminer ce qui arrive à ces cellules avant qu'elles ne soient perdues est une étape importante vers le développement d'interventions plus précoces pour traiter et prévenir la cécité. "
Dans Optique , Le journal de l'Optical Society (OSA), les chercheurs montrent que leur nouvelle méthode d'imagerie surmonte les limitations de résolution imposées par la barrière de diffraction de la lumière. Les chercheurs accomplissent cet exploit en utilisant une lumière sans danger pour l'imagerie de l'œil humain vivant.
« La limite de diffraction de la lumière peut désormais être dépassée en routine en microscopie, qui a révolutionné la recherche biologique, " a déclaré Tam. "Notre travail représente une première étape vers l'imagerie par sous-diffraction de routine des cellules du corps humain."
Utiliser moins de lumière pour voir plus
Obtenir des images haute résolution des photorécepteurs à l'arrière de l'œil est un défi car les éléments optiques de l'œil (tels que le cristallin et la cornée) déforment la lumière d'une manière qui peut réduire considérablement la résolution de l'image. La barrière de diffraction de la lumière limite également la capacité des instruments optiques à distinguer deux objets trop proches l'un de l'autre. Bien qu'il existe diverses méthodes d'imagerie au-delà de la limite de diffraction, la plupart de ces approches utilisent trop de lumière pour imager en toute sécurité des yeux humains vivants.
Les chercheurs ont personnalisé cet ophtalmoscope optique à balayage optique adaptatif pour améliorer la résolution de l'imagerie en bloquant stratégiquement la lumière à divers endroits de l'instrument. L'utilisation de moins de lumière est un avantage pour l'imagerie de l'œil humain. Crédit :Johnny Tam, Institut national de l'œil
Pour surmonter ces défis, les chercheurs ont amélioré une technique d'imagerie rétinienne connue sous le nom d'ophtalmoscopie optique à balayage optique adaptative, qui utilise des miroirs déformables et des méthodes de calcul pour corriger les imperfections optiques de l'œil en temps réel.
"On pourrait penser qu'il faut plus de lumière pour obtenir une meilleure image, mais nous démontrons que nous pouvons améliorer la résolution en bloquant stratégiquement la lumière à divers endroits de notre instrument, " a déclaré Tam. " Cette approche réduit la puissance globale de la lumière délivrée à l'œil, ce qui le rend idéal pour les applications d'imagerie en direct."
Pour la nouvelle approche, les chercheurs ont généré une forme d'anneau, ou creux, rayon de lumière. L'utilisation de ce type de faisceau a amélioré la résolution à travers les photorécepteurs, mais au détriment de la résolution en profondeur. Pour retrouver la résolution de profondeur perdue, les chercheurs ont utilisé un petit trou d'épingle appelé disque sub-aérien pour bloquer la lumière revenant de l'œil. Ils ont montré que cette approche d'imagerie pouvait être utilisée pour améliorer une technique de microscopie appelée détection de division non confocale, qui est utilisé pour acquérir des vues complémentaires des photorécepteurs.
Test en clinique
Après avoir démontré que la résolution de l'imagerie était améliorée dans les simulations théoriques, les chercheurs ont confirmé leurs simulations en utilisant diverses cibles de test. Ils ont ensuite utilisé la nouvelle méthode pour imager des photorécepteurs à bâtonnets et à cônes chez cinq volontaires sains du centre clinique du National Institutes of Health.
La nouvelle technique d'imagerie peut capturer des images de photorécepteurs à bâtonnets et à cônes dans l'œil avec des détails sans précédent, ce qui pourrait conduire à de nouveaux traitements et à une détection plus précoce des maladies rétiniennes telles que la dégénérescence maculaire. Les chercheurs ont fabriqué cette mentonnière personnalisée afin de pouvoir utiliser leur instrument d'imagerie rétinienne à optique adaptative pour imager les photorécepteurs chez les personnes. Crédit :Johnny Tam, Institut national de l'œil
La nouvelle approche a permis une augmentation d'environ 33 % de la résolution transversale et une amélioration de 13 % de la résolution axiale par rapport à l'ophtalmoscopie optique traditionnelle à balayage optique. Grâce à leur approche optimisée, les chercheurs ont pu voir une structure subcellulaire de forme circulaire au centre des photorécepteurs de cône qui ne pouvaient pas être clairement visualisés auparavant.
« La capacité d'imager de manière non invasive des photorécepteurs avec une résolution subcellulaire peut être utilisée pour suivre l'évolution des cellules individuelles au fil du temps, " dit Tam. " Par exemple, regarder une cellule commencer à dégénérer, puis éventuellement récupérer, sera une avancée importante pour tester de nouveaux traitements pour prévenir la cécité. »
Les chercheurs prévoient d'imager les yeux de plus de patients avec la nouvelle technique et d'utiliser les images pour commencer à répondre aux questions fondamentales liées à la santé des bâtonnets et des cônes. Par exemple, ils s'intéressent à la visualisation de la santé des bâtonnets et des cônes chez les personnes atteintes de maladies génétiques rares. Ils disent que leur approche d'imagerie pourrait être appliquée à d'autres approches de microscopie et d'imagerie à balayage ponctuel dans lesquelles il est important d'imager avec de faibles niveaux de lumière.
