Ein neues Gerät zur Früherkennung degenerativer Augenerkrankungen

Zusammenfassung: Forscher haben ein neues ophthalmologisches Gerät entwickelt, das in der Lage ist, degenerative Sehprobleme wie die altersbedingte Makuladegeneration zu erkennen, lange bevor die ersten Symptome auftreten.

Quelle: EPFL

Forscher eines EPFL-Labors haben ein ophthalmologisches Gerät entwickelt, das bestimmte degenerative Augenerkrankungen diagnostizieren kann, lange bevor die ersten Symptome auftreten. In frühen klinischen Studien hat sich gezeigt, dass der Prototyp in nur fünf Sekunden Bilder mit ausreichender Genauigkeit produziert.

Die Suche nach Behandlungen, um das Fortschreiten degenerativer Augenerkrankungen, die zur Erblindung führen können, zu stoppen oder zu begrenzen, schreitet schnell voran. Derzeit gibt es jedoch kein Gerät, das diese Erkrankungen zuverlässig diagnostizieren kann, bevor die ersten Symptome auftreten.

Diese Erkrankungen, von denen die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) die bekannteste ist, beinhalten Veränderungen der Photorezeptoren des Auges. Und sie haben alle dieselbe Ursache: Schäden am retinalen Pigmentepithel (RPE), einer Zellschicht, die sich hinter den Photorezeptoren befindet.

Das am Laboratory for Applied Photonic Devices (LAPD) der EPFL entwickelte Gerät beobachtet Veränderungen im RPE, bevor Symptome auftreten, und liefert Forschern die allerersten In-vivo-Bilder, in denen Zellen differenziert werden können. Ausgestattet mit dieser Früherkennungsfunktion können Kliniker diese Störungen diagnostizieren, bevor irreversible Symptome auftreten.

Die Ergebnisse der ersten klinischen Studie wurden in einem Zeitschriftenartikel veröffentlicht Wissenschaften der Augenheilkunde.

Beobachten Sie Veränderungen in den Zellen hinter den Photorezeptoren

Zusätzlich zur AMD verursacht eine Verschlechterung des RPE eine Reihe anderer Augenerkrankungen, einschließlich Retinitis pigmentosa und diabetischer Retinopathie.

Das RPE befindet sich zwischen den Photorezeptoren und der Aderhaut (einer dünnen Gewebeschicht, die Gefäße enthält, die Blut zur Netzhaut transportieren) und spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Sehfunktion und der Gesunderhaltung der Stäbchen und Zapfen des Auges.

Mehrere Forschungsgruppen haben diese Zellen unter dem Mikroskop – in vitro – untersucht, um ihre Eigenschaften zu bestimmen und die morphologischen Veränderungen zu beobachten, die mit dem Alter, aber auch mit dem Beginn und dem Fortschreiten von Netzhauterkrankungen wie AMD und Retinitis pigmentosa auftreten.

Bisher gab es jedoch keine einfache und zuverlässige Methode, RPE bei einem lebenden Patienten – ​​in vivo – zu beobachten, um diese Zustände frühzeitig zu erkennen und kontinuierlich zu überwachen.

Schräge Lichtstrahlen halten den Schlüssel

Es wurden verschiedene Versuche unternommen, ein Gerät zu entwerfen, das es Ärzten ermöglicht, das RPE zu untersuchen. Bisher scheiterten jedoch alle an unzureichender Auflösung, Problemen mit der Patientensicherheit oder zu langen Belichtungszeiten.

Das EPFL-Team hat eine Netzhautkamera mit zwei schrägen Strahlen entwickelt, die auf das Weiße des Auges gerichtet sind, gekoppelt mit einem adaptiven optischen System, das die Verzerrungen der Lichtwellen korrigiert, um ein scharfes Bild zu erzeugen.

Diese Technologie, die als transsklerale optische Bildgebung bezeichnet wird, ähnelt bestehenden Bildgebungssystemen der Netzhaut in der Verwendung von Infrarotlichtstrahlen.

Laut Christophe Moser, Leiter des LAPD an der Ingenieurschule, gibt es jedoch einen entscheidenden Unterschied: „Die Strahlen fokussieren schräg über das Weiße des Auges, wodurch das Problem des übermäßigen Lichts umgangen wird, das durch hochreflektierende Kegel-Fotorezeptorzellen verursacht wird. , die sich in der Mitte des Auges befindet, wenn Sie die Netzhaut durch die Pupille beleuchten.

Ausgestattet mit dieser Früherkennungsfunktion können Kliniker diese Störungen diagnostizieren, bevor irreversible Symptome auftreten. Bild ist gemeinfrei

Die Lichtwellen werden dann von der Kamera erfasst, wenn sie das Auge durch die Pupille verlassen. Das Team hatte einen Aha-Moment, als es das erste klare Bild auf dem Bildschirm sah, da es das erste Mal war, dass jemand diesen Teil des menschlichen Körpers mit einer Kamera beobachtete.

Eine erste klinische Studie mit 29 Teilnehmern

Die Forscher entwickelten in Zusammenarbeit mit EarlySight, einem Spin-off desselben EPFL-Labors, einen klinischen Prototyp. Mit einer Belichtungszeit von weniger als fünf Sekunden, einem entscheidenden Geschwindigkeitsvorteil für mögliche diagnostische Anwendungen, kann die Kamera 100 Rohbilder aufnehmen. Die Algorithmen richten dann das Rohmaterial aus und gruppieren es neu, um ein einzelnes Bild in hoher Qualität auf dem Bildschirm zu erzeugen.

Die Benutzeroberfläche verfügt über fünf Schaltflächen, die jeweils einem vordefinierten Bereich des Auges entsprechen, sodass das gewünschte Bild ausgewählt werden kann. Benutzer können auch auf eine beliebige Stelle auf der Rückseite des Augendiagramms klicken, um den spezifischen Bereich auszuwählen, den sie abbilden möchten.

Der als Cellularis bekannte Prototyp des Geräts wurde im Rahmen des EIT Health ASSESS-Projekts der Europäischen Union in Zusammenarbeit mit dem Forschungsteam von Francine Behar-Cohen am National Institute of Health and of Medical Research (INSERM) in Paris und mit der Klinik entwickelt Forschungslaborzentrum der Augenklinik Jules-Gonin in Lausanne.

Die Kamera wurde dann in einer klinischen Studie unter der Leitung von Irmela Mantel, einer Ärztin der medizinischen Abteilung für Netzhaut des Augenkrankenhauses Jules-Gonin, evaluiert, um die Fähigkeit des Geräts zu bewerten, Bilder mit klarem RPE bei 29 gesunden Freiwilligen zu erzeugen. In jedem Fall waren die von der Kamera erzeugten Bilder genau genug, um die morphologischen Eigenschaften der RPE-Zellen der Teilnehmer zu quantifizieren. Sie wurden in einer Datenbank für zukünftige Beiträge zur medizinischen Forschung gespeichert.

„Die Morphologie dieser Zellen, die eine wesentliche Rolle bei der Netzhautfunktion spielen, ist ein starker Indikator für ihre Gesundheit“, erklärt Laura Kowalczuk, Wissenschaftlerin an der EPFL und am Jules-Gonin Eye Hospital und Hauptautorin des Artikels.

Siehe auch

Dies zeigt die Umrisse eines Kopfes und eines Gehirns

“Die Fähigkeit, RPE-Zellen genau zu erkennen und die morphologischen Veränderungen zu beobachten, die in ihnen auftreten, ist entscheidend für die Früherkennung degenerativer Netzhauterkrankungen und für die Überwachung der Wirksamkeit neuer Behandlungen.”

Über diese Forschungsnachrichten zur altersbedingten Makuladegeneration

Autor: Pressebüro
Quelle: EPFL
Kontakt: Pressedienst – EPFL
Bild: Bild ist gemeinfrei

Ursprüngliche Forschung: Den freien Zugang.
“In Vivo Imaging of the Retinal Pigment Epithelium Using Transscleral Optical Imaging in Healthy Eyes” von Laura Kowalczuk et al. Wissenschaften der Augenheilkunde


Zusammenfassung

In-vivo-Bildgebung des retinalen Pigmentepithels mit transskleraler optischer Bildgebung bei gesunden Augen

Zielsetzung

Zur Abbildung gesunder retinaler Pigmentepithelzellen (RPE). live unter Verwendung von transskleraler optischer Bildgebung (TOPI) und zur Analyse der Statistik der makulären RPE-Zelleigenschaften als Funktion von Alter, Achsenlänge (AL) und Exzentrizität.

Entwurf

Monozentrische, explorative, prospektive und beschreibende klinische Studie.

Sprecher

49 Augen (AL: 24,03±0,93 mm; Bereich: 21,88 – 26,7 mm) von 29 Teilnehmern im Alter von 21–70 Jahren (37,1±13,3 Jahre; 19 Männer, 10 Frauen)

Methoden

Netzhautbilder, einschließlich Ultraweitfeld-Fundusfotografie und optischer Kohärenztomografie im Spektralbereich, AL- und Brechungsfehlermessungen wurden zu Studienbeginn erfasst. Für jedes Auge wurden 6 hochauflösende RPE-Bilder mit TOPI an verschiedenen Stellen aufgenommen, von denen eines 5 Mal aufgenommen wurde, um die Wiederholbarkeit der Methode zu beurteilen. Eine ophthalmologische Nachuntersuchung wurde 1-3 Wochen nach TOPI wiederholt, um die Sicherheit zu beurteilen. RPE-Bilder wurden mit benutzerdefinierter automatisierter Software analysiert, um zelluläre Parameter zu extrahieren. Die statistische Analyse ausgewählter Bilder mit hohem Kontrast umfasste die Berechnung des Variationskoeffizienten (CoV) für jedes Merkmal bei jeder Wiederholung, Spearman- und Mann-Whitney-Tests, um die Beziehung zwischen Zellmerkmalen und Augenmerkmalen und/oder Probanden zu untersuchen.

Hauptentscheidungskriterien.

Eigenschaften von RPE-Zellen wie Dichte, Fläche, Mitte-zu-Mitte-Abstand, Anzahl der Nachbarn, Rundheit, Dehnung, Festigkeit und CoV-Grenzabstand.

Ergebnisse

Makula-RPE-Zellmerkmale wurden aus TOPI-Bildern bei einer Exzentrizität von 1,6° bis 16,3° relativ zur Fovea extrahiert. Für jedes Merkmal lag der durchschnittliche CoV bei weniger als 4 %. Der Spearman-Test zeigte eine Korrelation in den Eigenschaften der RPE-Zellen. In der Perifovea, der Region, in der Bilder für alle Teilnehmer ausgewählt wurden, war eine längere AL signifikant mit einer verringerten RPE-Zelldichte korreliert (R Spearman, Rs = -0,746; p<0,0001) und Zunahme der Zelloberfläche (Rs=0,668; p<0,0001), ohne morphologische Modifikation. Das Altern war auch signifikant mit einer Abnahme der RPE-Dichte korreliert (Rs = -0,391; p=0,036) und Zunahme der Zelloberfläche (Rs=0,454; p=0,013). Niedrigere, weniger symmetrische, länglichere und größere kreisförmige Zellen wurden über 50 Jahre beobachtet.

Fazit

Die TOPI-Technologie bildete RPE-Zellen ab live mit einer Wiederholbarkeit von weniger als 4 % für CoV und wurde verwendet, um den Einfluss physiologischer Faktoren auf die Morphometrie von RPE-Zellen im Perifoveum gesunder Probanden zu analysieren.

Add Comment