Optoretinograma: medición óptica de las respuestas de los fotorreceptores humanos a la luz

Investigadores han desarrollado un nuevo instrumento que, por primera vez, ha medido las diminutas deformaciones ocasionadas por la luz en cada uno de los bastones y conos en un ojo humano vivo. El nuevo enfoque podría mejorar algún día la detección de enfermedades retinianas como la degeneración macular relacionada con la edad, una de las principales causas de ceguera en personas mayores de 55 años en todo el mundo.

“Nuestro instrumento ofrece una forma única de estudiar la enfermedad de la retina a nivel celular”, dijo el líder del equipo de investigación Ravi Jonnal del Centro Oftalmológico de la Universidad de California Davis (UC Davis). “Debido a que los métodos existentes para medir la disfunción son mucho menos sensibles, ofrece una nueva forma potencial de detectar enfermedades”.

En la revista Optical Letters de la Sociedad Óptica (OSA), Jonnal y sus colegas describen su nuevo instrumento, que se basa en la tomografía de coherencia óptica (OCT). Utilizando el nuevo enfoque, fueron capaces de medir cómo responden los conos y los bastones individuales a la luz, y pudieron detectar deformaciones que eran significativamente más pequeñas que la longitud de onda de la fuente de luz de la imagen.

La labor forma parte de un campo de investigación internacional incipiente que tiene por objeto desarrollar métodos para captar plenamente la función del circuito neuronal retiniano de las personas vivas.

Combinando los métodos de imagen

La visión comienza cuando los fotorreceptores llamados bastones y conos en la retina del ojo detectan la luz e inician las señales a través de un proceso llamado fototransducción. Las enfermedades de la retina como la degeneración macular relacionada con la edad y la Retinosis Pigmentaria causan pérdida de visión al interferir con la función de los bastones y de los conos.

Dado que se cree que los bastones son más sensibles a los impactos de estas enfermedades, los cambios en su función podrían proporcionar un indicador temprano de la enfermedad o de su progresión. Sin embargo, el pequeño tamaño de los bastones hace que sea difícil visualizarlos, y mucho menos medir su funcionamiento.

En el nuevo trabajo, los investigadores desarrollaron un sistema único de OCT de alta velocidad capaz de detectar una ligera hinchazón en los segmentos exteriores de los fotorreceptores que se produce como efecto secundario de la fototransducción. El sistema logra esto capturando imágenes especializadas de OCT simultáneamente con imágenes de oftalmoscopio de luz de barrido, permitiéndole precisar la ubicación y el tipo de fotorreceptores capturados en una serie de cientos de imágenes 3D de OCT.

“Aunque la obtención de imágenes de la inflamación de bastones y conos puede revelar la dinámica de su respuesta a la luz, hasta hace poco no se sabía si estos cambios podían medirse in vivo en el ojo humano”, dijo Mehdi Azimipour, autor principal del documento. “Esto se debe a que el tamaño de los fotorreceptores y la escala de las deformaciones producidas por la luz estaban muy por debajo de las resoluciones proporcionadas por los sistemas de imágenes de la retina”.

Imaginando la dinámica de alta velocidad

Recientemente, se ha utilizado OCT de campo completo para visualizar la deformación por absorción de luz de los conos periféricos más grandes. El sistema OCT desarrollado por los investigadores de UC Davis ofrece una mejor confocalidad, lo que mejora la calidad de la imagen al rechazar más luz dispersa y suprimir el ruido asociado. Debido a que la deformación de los fotorreceptores por la luz puede ser muy rápida, el nuevo sistema incorpora un láser de alta velocidad con bloqueo de modo en el dominio de Fourier que permite una imagen rápida y puede escanear 16 veces más rápido que los láseres disponibles en el mercado utilizados para el barrido de la fuente de OCT.

Para capturar imágenes de la mayor resolución posible, los investigadores incorporaron tecnología de óptica adaptativa que mide las aberraciones del ojo y las corrige en tiempo real. Incluso con la óptica adaptativa, los fotorreceptores de varilla son demasiado pequeños para ser fotografiados debido a la fuente de luz de 1 micrón de longitud de onda del sistema. Para superar este problema, los investigadores añadieron un canal de imagen de oftalmoscopio de luz de barrido que utiliza una longitud de onda de menos de 1 micrón para aumentar la resolución de la imagen. Esto permitió la diferenciación de varillas y conos en imágenes de TCO co-registradas.

Los investigadores utilizaron su nuevo instrumento para medir las deformaciones de los bastones y de los conos en respuesta a la luz de intensidad variable en los ojos humanos vivos. Las respuestas de las células aumentaron a medida que la intensidad de la luz se incrementaba hasta que se produjo la saturación, de acuerdo con la fototransducción.

Dado que el nuevo instrumento produce grandes cantidades de datos (3,2 GB/s) incluso en un campo de visión pequeño, es necesario desarrollar un software que permita el escaneo de áreas más grandes de la retina y el procesamiento automático de datos. Esto haría que el sistema fuera más práctico para el uso clínico.

Los investigadores tienen previsto utilizar el instrumento para medir las respuestas de la luz fotorreceptora de los pacientes con enfermedades de la retina para ver si se pueden obtener nuevos conocimientos.

“Esperamos participar en el uso del sistema para probar nuevas terapias para las enfermedades cegadoras, para acelerar el proceso de llevar esas terapias a la clínica”, dijo Azimipour.

Imagen: Los escaneos de los bastones [mostrados en (A)] y de los conos [mostrados en (B)] para porcentajes de blanqueo de fotopigmento del 4% y el 15%, respectivamente, revelan cambios similares en la aparente morfología axial de las células. Como muestran las flechas rojas, se observó la aparición de una banda extra entre IS/OS y ROST (COST) en la mayoría de los bastones (conos). La reflectividad de esta banda extra y también su distancia axial de IS/OS parecen ser proporcionales a la intensidad de la luz blanqueadora. La flecha amarilla indica los cambios observados en el RPE y el espacio subretinal.

Traducción: Asociación Mácula Retina.

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