Los investigadores utilizaron una nueva técnica de imágenes basada en la óptica adaptativa que escanea la oftalmoscopia de luz para adquirir imágenes de los fotorreceptores de cono más pequeños en el ojo humano vivo (izquierda). También combinaron su enfoque con la detección de división no confocal (derecha) para ver mejor los segmentos internos de los mismos fotorreceptores. Las dos imágenes se adquieren simultáneamente y se registran conjuntamente entre sí. Crédito:Johnny Tam, Instituto Nacional del Ojo
Los investigadores han desarrollado una técnica no invasiva que puede capturar imágenes de fotorreceptores de bastón y cono con un detalle sin precedentes. El avance podría conducir a nuevos tratamientos y una detección más temprana de enfermedades de la retina como la degeneración macular, una de las principales causas de pérdida de la visión.
"Tenemos la esperanza de que esta técnica revele mejor los cambios sutiles en el tamaño, forma y distribución de los fotorreceptores de bastón y cono en enfermedades que afectan la retina, ", dijo el líder del equipo de investigación Johnny Tam del National Eye Institute." Averiguar qué sucede con estas células antes de que se pierdan es un paso importante hacia el desarrollo de intervenciones tempranas para tratar y prevenir la ceguera ".
En Optica , La revista de la Optical Society (OSA), los investigadores muestran que su nuevo método de obtención de imágenes supera las limitaciones de resolución impuestas por la barrera de difracción de la luz. Los investigadores logran esta hazaña utilizando luz que es segura para obtener imágenes del ojo humano vivo.
"El límite de difracción de la luz ahora se puede superar de forma rutinaria en microscopía, que ha revolucionado la investigación biológica, ", dijo Tam." Nuestro trabajo representa un primer paso hacia la obtención de imágenes por sub-difracción de rutina de las células del cuerpo humano ".
Usando menos luz para ver más
Lograr imágenes de alta resolución de los fotorreceptores en la parte posterior del ojo es un desafío porque los elementos ópticos del ojo (como el cristalino y la córnea) distorsionan la luz de una manera que puede reducir sustancialmente la resolución de la imagen. La barrera de difracción de la luz también limita la capacidad de los instrumentos ópticos para distinguir entre dos objetos que están demasiado juntos. Aunque existen varios métodos para obtener imágenes más allá del límite de difracción, la mayoría de estos enfoques utilizan demasiada luz para obtener imágenes de ojos humanos vivos de forma segura.
Los investigadores personalizaron este oftalmoscopio de luz de escaneo de óptica adaptativa para mejorar la resolución de la imagen al bloquear estratégicamente la luz en varias ubicaciones del instrumento. Usar menos luz es una ventaja para obtener imágenes del ojo humano. Crédito:Johnny Tam, Instituto Nacional del Ojo
Para superar estos desafíos, los investigadores mejoraron una técnica de imágenes de la retina conocida como oftalmoscopia de luz de exploración óptica adaptativa, que utiliza espejos deformables y métodos computacionales para corregir las imperfecciones ópticas del ojo en tiempo real.
"Se podría pensar que se necesita más luz para obtener una mejor imagen, pero demostramos que podemos mejorar la resolución bloqueando estratégicamente la luz en varias ubicaciones dentro de nuestro instrumento, ", dijo Tam." Este enfoque reduce la potencia general de la luz entregada al ojo, lo que lo hace ideal para aplicaciones de imágenes en vivo ".
Para el nuevo enfoque, los investigadores generaron una forma de anillo, o hueco, Rayo de luz. El uso de este tipo de haz mejoró la resolución a través de los fotorreceptores, pero a expensas de la resolución de profundidad. Para recuperar la resolución de profundidad perdida, los investigadores utilizaron un pequeño orificio llamado disco sub-Airy para bloquear la luz que regresa del ojo. Demostraron que este enfoque de imágenes podría usarse para mejorar una técnica de microscopía llamada detección de división no confocal, que se utiliza para adquirir vistas complementarias de los fotorreceptores.
Pruebas en la clínica
Después de demostrar que la resolución de la imagen se mejoró en simulaciones teóricas, los investigadores confirmaron sus simulaciones utilizando varios objetivos de prueba. Luego utilizaron el nuevo método para obtener imágenes de los fotorreceptores de bastón y cono en cinco voluntarios sanos en el Centro Clínico de los Institutos Nacionales de Salud.
La nueva técnica de imagen puede capturar imágenes de fotorreceptores de varilla y cono en el ojo con un detalle sin precedentes. lo que podría conducir a nuevos tratamientos y una detección más temprana de enfermedades de la retina como la degeneración macular. Los investigadores hicieron esta mentonera personalizada para poder usar su instrumento de imágenes retinianas de óptica adaptativa para obtener imágenes de los fotorreceptores en las personas. Crédito:Johnny Tam, Instituto Nacional del Ojo
El nuevo enfoque produjo un aumento de aproximadamente un 33 por ciento en la resolución transversal y una mejora del 13 por ciento en la resolución axial en comparación con la oftalmoscopia de luz de exploración óptica adaptativa tradicional. Usando su enfoque optimizado, los investigadores pudieron ver una estructura subcelular de forma circular en el centro de los fotorreceptores de cono que no se podía visualizar claramente anteriormente.
"La capacidad de obtener imágenes de fotorreceptores de forma no invasiva con resolución subcelular se puede utilizar para rastrear cómo cambian las células individuales con el tiempo, "dijo Tam." Por ejemplo, viendo una célula comenzar a degenerar, y luego posiblemente recuperarse, será un avance importante para probar nuevos tratamientos para prevenir la ceguera ".
Los investigadores planean obtener imágenes de los ojos de más pacientes con la nueva técnica y utilizar las imágenes para comenzar a responder preguntas fundamentales relacionadas con la salud de los bastones y los conos. Por ejemplo, están interesados en visualizar la salud de los conos y bastones en personas que tienen enfermedades genéticas raras. Dicen que su enfoque de imágenes podría aplicarse a otros enfoques de microscopía e imágenes basados en escaneo puntual en los que es importante obtener imágenes con bajos niveles de luz.
