Author: aprzybylo-jozefowicz@ichf.edu.pl

18.12.2024

Opracowanie nowej metody dostarczania genów do komórek dwubiegunowych siatkówki

Do tej pory stosowano różne podejścia do przywracania niektórych funkcji wzrokowych u pacjentów dotkniętych chorobą, głównie organoidy siatkówki pochodzenia ludzkiego i terapie genowe. Pierwsza bezpośrednio podawana terapia genowa oparta na wirusie towarzyszącym adenowirusom (AAV), zatwierdzona przez amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA), Luxturna, znacznie poprawiła widzenie pacjentów z dystrofią siatkówki przy słabym oświetleniu. Nadal, jednak, istnieją trudności z przywróceniem widzenia w wysokiej rozdzielczości, które należy przezwyciężyć. Celem tego projektu jest opracowanie nowatorskiego podejścia opartego na weryfikacji koncepcji dostarczania genów terapeutycznych przy użyciu zmodyfikowanego wirusa wścieklizny jako wektora swoistego dla komórek dwubiegunowych. Twierdzimy, że specyficzne ukierunkowanie populacji komórek, które przeżyły w zdegenerowanej siatkówce, zwłaszcza komórek dwubiegunowych (ang. bipolar cells, BC) przez naszego zmodyfikowanego wirusa wścieklizny (RV), pseudotypowanego z LRIT3 (RV-LRIT3), może stanowić nową strategię terapii genowej w chorobach siatkówki. Proponowane podejście w zastosowaniu wektora wirusowego może znacznie zwiększyć liczbę komórek BC, do których, dzięki interakcjom z kanałami TRPM1, dostarczona zostanie całą grupa opsyn bramkowanych światłem w celu przywrócenia wzroku. Główną innowacją tego projektu jest wykorzystanie RV, który może przenieść do 4 genów, dzięki czemu może być używany do dostarczania opsyn o różnych widmach wzbudzenia i zwiększania ogólnej czułości na światło. Zgodnie z naszą hipotezą, za pomocą tej metody będzie możliwe przywrócenie selektywnych odpowiedzi w korze wzrokowej myszy i wzgórku górnym. Do celów testowania efektów proponowanej terapii prowadzimy rejestracje aktywności pojedynczych neuronów i zadania behawioralne polegające na rozróżnianiu bodźców wzrokowych, ocenimy również selektywność sieci wzrokowej w odpowiedzi na złożone i poruszające się bodźce.

Obraz: Strategia oceny wzroku po leczeniu LRIT3-RV. A. siatkówka oka przedstawia komórki zakażone wektorem RV-mCherry niosącym trzy opsyny. Skala: 100 µm. B. schemat równoczesnych zapisów z wzgórka górnego (SC) i kory wzrokowej (V1) z reprezentatywnymi potencjałami wywołanymi (VEP) w odpowiedzi na błysk światła. C. Przykłady aktywności elektrofizjologicznej dwóch komórek, u których następuje ekspresja dwóch przeciwstawnie działających opsyn. Niebieski laser spowodował aktywację komórek z ekspresją rodopsyny. W drugiej komórce, z ekspresją opsyny ArchT, żółte światło doprowadziło do stłumienia aktywności. D, Potenacjały VEP zarejestrowane u pojedynczych zdrowych (czarny), u myszy z mutacją Rd12 leczonych terapią genową (zielony) i u myszy z mutacją Rd12 chorych, nie leczonych (magenta).

Tekst: dr hab. Andrzej Foik

Zespół:

dr hab. Andrzej Foik

dr Jagoda Płaczkiewicz

dr Hubert Doleżyczek

mgr inż. Milena Gumkowska

mgr inż. Lucyna Piórkowska

mgr inż. Karolina Saran

Słowa kluczowe: siatkówka, komórki dwubiegunowe, LRIT3, pseudotypowany wirus wścieklizny, wrodzona stacjonarna ślepota nocna

Publikacje:

P. Węgrzyn, W. Kulesza, M. Wielgo, S. Tomczewski, A. Galińska, B. Bałamut, K. Kordecka, O. Cetinkaya, A. Foik, R. J. Zawadzki, D. Borycki, M. Wojtkowski, A. Curatolo „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography” Neurophotonics. 11(4):0450031-4500322. (2024) https//doi: 10.11

17.12.2024

Światłowodowe sondy obrazujące

Dr Karnowski zyskał wiedzę specjalistyczną w zakresie światłowodowych sond obrazujących podczas stażu podoktorskiego na Uniwersytecie Australii Zachodniej. Kontynuował ten kierunek badań w ramach projektu NAWA Polskie Powroty, który to znalazł się pod parasolem centrum ICTER.

Nasz zespół zaproponował innowacyjny projekt sond obrazujących, który strategicznie łączy zalety poprzednich technologii sond. Te sondy GRIN z soczewką sferyczną (GBLP) wykazują doskonałą wydajność, szczególnie pod względem odległości roboczej, w porównaniu z tradycyjnymi sondami światłowodowymi GRIN (GFP) i sondami z soczewką sferyczną (BLP). Kluczowym cechą tej konstrukcji jest możliwość wytwarzania sond o co najmniej dwukrotnie mniejszej średnicy bez pogorszenia wydajności optycznej.

Dzięki skrupulatnym badaniom i rozwojowi zdobyliśmy doświadczenie w produkcji sond, które oferuje niespotykaną dotąd elastyczność. Obejmuje to tworzenie sond o różnych rozmiarach soczewek sferycznych i zastosowanie materiałów o różnym współczynniku załamania światła. Ta wszechstronność w projektowaniu sond otwiera szeroki zakres potencjalnych zastosowań w wielu dziedzinach badań.

Możliwość adaptacji naszych sond z soczewkami kulkowymi GRIN sugeruje obiecujące przyszłe badania w takich dziedzinach jak

– Obrazowanie biomedyczne

– Mikroskopia

– Technologie endoskopowe

– Minimalnie inwazyjne techniki diagnostyczne.

Jesteśmy szczególnie podekscytowani możliwością zbadania tych potencjalnych zastosowań w najbliższej przyszłości, przewidując, że nasz nowatorski projekt sondy może znacznie zwiększyć możliwości obrazowania w różnych kontekstach naukowych i medycznych.

Tekst: dr Karol Karnowski, p.o. Lider Grupy IDoc

Zespół projektowy:

Karol Karnowski

Powiązane finansowanie: NAWA – Polskie Powroty, NCN – Miniatura.

Referencje:

  1.  K. Karnowski, G. Untracht, M. Hackmann, O. Cetinkaya, D Sampson, “Superior Imaging Performance of All-Fiber, Two-Focusing-Element Microendoscopes,” IEEE Photonics Journal, 14 (5), 1-10 (2022)
  2. G. Untracht, K. Karnowski D. D. Sampson, “Imaging the small with the small: Prospects for photonics in „micro-endomicroscopy for minimally invasive cellular-resolution bioimaging,” APL Photonics, 6 (6), pp. 060901, (2021)
  3. M. J. Hackmann, A. Cairncross, J. G. Elliot, S. Mulrennan, K. Nilsen, B. R. Thompson, Q. Li, K. Karnowski, D. D. Sampson, R. A. McLaughlin, B. Cense, A. L. James, P. B. Noble, “Quantification of smooth muscle in human airways by polarization-sensitive optical coherence tomography requires correction for perichondrium,” American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology, 326:3, L393-L408 (2024)
17.12.2024

Strukturalne i funkcjonalne obrazowanie przedniego odcinka oka

Komora przednia oka odgrywa kluczową rolę w naszym mechanizmie widzenia, pełniąc podwójną funkcję ochronną i optyczną. Ten istotny obszar anatomiczny działa nie tylko jako bariera ochronna, ale także jako kluczowa ścieżka optyczna, która skupia światło na siatkówce, umożliwiając nam wizualne postrzeganie świata.

Nasz projekt badawczy poświęcony jest opracowaniu zaawansowanych metod obrazowania w celu zbadania struktury i funkcji przedniej komory oka, wykorzystując najnowocześniejsze techniki optycznej tomografii koherencyjnej (OCT) w domenie Fouriera. Nasze podejście wykracza także poza tradycyjne metody obrazowania oparte wyłącznie na rozpraszaniu światła, badając innowacyjne systemy zdolne do uchwycenia złożonych cech fizjologicznych, w tym właściwości polaryzacyjnych i mechanicznych tkanek oka.

Głównym celem naszych badań jest opracowanie technologii diagnostycznych o znacznym potencjale wczesnego wykrywania zaburzeń przedniego odcinka oka lub związanymi ze schorzeniami siatkówki, które objawiają się zmianami w przednim odcinku oka, takimi jak zaćma. Godny uwagi podprojekt obejmował zaprojektowanie systemu klinicznego do wielopunktowych pomiarów deformacji rogówki wywołanych strumieniem powietrza. Dzięki współpracy z kliniką okulistyczną w Bydgoszczy, przeprowadziliśmy szeroko zakrojone badanie obejmujące prawie 100 pacjentów, wykorzystując szczegółowe analizy ilościowe w celu zidentyfikowania i scharakteryzowania parametrów deformacji rogówki, które mogłyby służyć jako potencjalne biomarkery stożka rogówki.

Tekst: dr Karol Karnowski, p.o. Lider Grupy IDoc

Zespól projektowy:

Karol Karnowski

Jadwiga Milkiewicz

Piotr Nalewajko

Powiązanie finansowanie: IMCUSTOMEYE, MAB – FNP

Referencje:

1. D. Alonso-Caneiro, K. Karnowski, B. Kaluzny, A. Kowalczyk, and M. Wojtkowski, “Assessment of corneal dynamics with high-speed swept source Optical Coherence Tomography combined with an air puff system”, Optics Express, Vol. 19, Issue 15, pp. 14188-14199 (2011)

2. S. Marcos, C. Dorronsoro, K. Karnowski, M. Wojtkowski, „Corneal biomechanics From Theory to Practice: OCT with air puff stimulus”, Kugler Publications 2016, edited by C.J. Roberts, J. Liu

3. K. Karnowski, E. Maczynska, M. Nowakowski, B. Kaluzny, I. Grulkowski, M. Wojtkowski, “Impact of diurnal IOP variations on the dynamic corneal hysteresis measured with air-puff swept-source OCT”, Photonics Letters of Poland, (2018)

4. E. Maczynska, K. Karnowski, K. Szulzycki, M. Malinowska, H. Dolezyczek, A. Cichanski, M. Wojtkowski, B. Kaluzny and I. Grulkowski, “Assessment of the influence of viscoelasticity of cornea in animal ex vivo model using air-puff optical coherence tomography and corneal hysteresis”, J Biophotonics, 2019; 12:e201800154 (2019)

5. A. Curatolo, J. S. Birkenfeld, E. Martinez-Enriquez, J. A. Germann, G. Muralidharan, J. Palací, D. Pascual, A. Eliasy, A. Abass, J. Solarski, K. Karnowski, Maciej Wojtkowski, Ahmed Elsheikh, and Susana Marcos, “Multi-meridian corneal imaging of air-puff induced deformation for improved detection of biomechanical abnormalities,” Biomed. Opt. Express 11, 6337-6355 (2020).

16.12.2024

Hybrydowa rodopsyna jako nowe narzędzie optogenetyczne

Zaburzenia widzenia dotyczą milionów ludzi na całym świecie, a liczba osób chorych rośnie ze względu na starzejące się społeczeństwo i powszechne występowanie chorób przewlekłych. Przewiduje się, że do 2050 roku 61 milionów ludzi będzie niewidomych, a 474 miliony będą miały umiarkowany lub poważny problem z widzeniem. Osłabienie lub utrata wzroku wpływa na życie osób nim dotkniętych, utrudniając codzienne czynności, prowadząc do utraty niezależności i zwiększając ryzyko chorób psychicznych. Dlatego tak ważne jest poszukiwanie skutecznych terapii, które spowolnią postęp choroby i przywrócą widzenie. Ostatnio najskuteczniejszymi sposobami przywracania widzenia okazały się wirusowe terapie genowe dostarczające prawidłowe kopie wadliwych genów lub narzędzia optogenetyczne. Jest to związane głównie z uprzywilejowanym statusem immunologicznym i łatwą dostępnością oka do dostarczania terapii genowej. Pierwsza terapia genowa oparta na AAV (ang. adeno associated virus, wirus towarzyszący adenowirusom), która poprawia wzrok u pacjentów z dystrofią siatkówki, została zatwierdzona przez amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA) w 2017 roku. Istnieje również wiele terapii genowych opartych na AAV skoncentrowanych na dostarczaniu różnych wariantów światłoczułych opsyn, poddanych badaniom klinicznym. Ponieważ wspomniane badania kliniczne koncentrują się na opsynach, które pełnią swoją funkcję przy wysokich natężeniach światła, wciąż istnieje potrzeba zaprojektowania narzędzia optogenetycznego, które byłoby z powodzeniem aktywowane przy stosunkowo niskiej stymulacji świetlnej. W zdrowej siatkówce sygnały odbierane z aktywowanych światłem fotoreceptorów przetwarzane są następnie przez komórki dwubiegunowe, które wysyłają informaję dalej do kmórek amakrynowych i zwojowych. Jednak, w zdegenerowanej siatkówce nieodwracalne zmiany i mutacje powodują utratę pręcików i czopków wykrywających światło. Pomimo utraty fotoreceptorów i zmian strukturalnych, pozostałe komórki w dużej mierze zachowują swoje funkcje.

W tym projekcie zamierzamy opracować nowe opsyny o zwiększonej funkcjonalności, aby przywrócić naturalne mechanizmy przetwarzania informacji wzrokowej w zdegenerowanej siatkówce. Proponujemy, że chimeryczne warianty RecRho mogą stanowić nową strategię terapii genowej w chorobach siatkówki. Stawiamy hipotezę, że chimeryczne warianty RecRho wprowadzone do ocalałych populacji komórek w obrębie zdegenerowanej siatkówki mogą być aktywowane przez umiarkowane poziomy światła, dzięki czemu przekształcą transdukowane komórki w bezpośrednie detektory światła i przywrócą wysoki poziom widzenia. Wierzymy, że nasze chimeryczne białka oprócz przekształcania transdukowanych komórek w bezpośrednie detektory światła, będą dodatkowo pozytywnie wpływać na strukturę i plastyczność synaptyczną w całej siatkówce. Do celów testowania efektów proponowanej terapii prowadzimy rejestracje aktywności pojedynczych neuronów i zadania behawioralne polegające na rozróżnianiu bodźców wzrokowych, ocenimy selektywność sieci wzrokowej w odpowiedzi na złożone i poruszające się bodźce. Proponowane przez nas podejście z wykorzystaniem syntetycznego białka o wielu funkcjach, opartego na szlaku transdukcji mGluR1, nie było do tej pory stosowane.

Obraz: Po lewej: przekrój siatkówki z komórkami niespecyficznie zainfekowanymi wirusem AAV-CAG-mNeon. (ONL – zewnętrzna warstwa jądrowa, INL – wewnętrzna warstwa jądrowa, RGC – warstwa komórek zwojowych siatkówki). AAV-CAG-mNeon (zielony), przeciwciało przeciwko rodopsynie (czerwony), DAPI (marker jądra, niebieski). Po prawej: Przykład eksperymentu Patch-Clamp przeprowadzonego na komórkach HEK293t, do których wprowadzona została sekwencja kodująca kanałorodopsynę-2. Komórkę stymulowano niebieskim światłem (473 nm) i rejestrowano indukowane światłem potencjały wywołane.

Tekst: dr Jagoda Płaczkiewicz

Zespół:

dr Jagoda Płaczkiewicz

dr hab. Andrzej Foik

Słowa kluczowe: siatkówka, rodopsyna, GPCRs, AAV, terapia genowa

16.12.2024

Rola części podstawnej kresomózgowia w przetwarzaniu informacji wzrokowej

Istnieje olbrzymia potrzeba, aby zrozumieć jak mózg przetwarza bodziec wzrokowy oraz jak poszczególne ośrodki w mózgu ze sobą współpracują. Bez interakcji pomiędzy mózgowymi strukturami przetwarzającymi informacje, nie bylibyśmy w stanie skupić uwagi lub rozwiązać zadań opartych na widzeniu. Jednym z ośrodków w mózgu odgrywających znaczącą rolę podczas czynności kognitywnych jest część podstawna kresomózgowia (ang. Basal Forebrain; BF). Struktura ta składa się z kilku jąder mózgowych i odpowiada za dostarczanie neurotransmitera acetylocholiny do kory nowej. Ta cecha czyni ją jednym z głównych modulatorów aktywności mózgu. W niniejszym projekcie badamy, jak cholinergiczna modulacja pochodząca z części podstawnej kresomózgowia wpływa na przetwarzanie informacji wzrokowej. Stawiamy hipotezę, że modulacja BF wpłynie bezpośrednio na preferencje bodźców na poziomie pojedynczych neuronów kory wzrokowej. Spodziewamy się, że efekt będzie bardziej globalny poprzez modulację oscylacyjnej aktywności w układzie wzrokowym, która związana jest z przetwarzaniem informacji wzrokowej. Badaniap olegają na selektywnym wprowadzaniu opsyn do komórek GABAergicznych lub cholinergicznych w części podstawnej kresomózgowia. Opsyny, takie jak na przykład kanałorodopsyny (Channelrhodopsin, Chrimson) pozwalają na sterowanie aktywnością neuronalną światłem. Zadanie to wykonamy używając dwóch wirusów, AAV oraz wirusa wścieklizny. Wektor AAV umożliwi produkcję receptora TVA specyficznie pod promotorem GAD1 (dekarboksylazy kwasu glutaminowego) lub pod promotorem ChAT (acetylotransferazy choliny). Z kolei zmodyfikowany wirus wścieklizny będzie w stanie zainfekować tylko te komórki, które będą mieć na swojej powierzchni receptor TVA. Jest to możliwe dzięki modyfikacji wirusa wścieklizny. Dzięki wprowadzeniu opsyn do wybranych populacji neuronów, jesteśmy w stanie wpływać na ich aktywność, pobudzać je lub hamować i sprawdzić ich wpływ na przetwarzanie informacji w układzie wzrokowym oraz na zdolności poznawcze szczura, takie jak zadania zależne od bodźca wzrokowego.

Obraz: Schemat przedstawiający doświadczenie polegające na wstrzyknięciu wirusa do V1 i dostarczenia opsyn specyficznie do komórek GABAergicznych lub cholinergicznych podstawnego przodomózgowia (ang. basal forbrain, BF). Znakowane komórki w jądrach wzgórza (LGN lub LP) będą dowodem na to, że retrogradny transport genu przy użyciu wirusa wścieklizny działa prawidłowo.

Tekst: dr hab. Andrzej Foik

Zespół:

dr hab. Andrzej Foik

dr Katarzyna Kordecka

mgr inż. Anna Galińska

dr Hubert Doleżyczek

mgr inż. Bartłomiej Bałamut

Słowa kluczowe: część podstawna kresomózgowia, pierwszorzędowa kora wzrokowa, acetylocholina, GABA, wzrok, przetwarzanie informacji wzrokowej

Referencje:

P. Węgrzyn, W. Kulesza, M. Wielgo, S. Tomczewski, A. Galińska, B. Bałamut, K. Kordecka, O. Cetinkaya, A. Foik, R. J. Zawadzki, D. Borycki, M. Wojtkowski, A. Curatolo „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography” Neurophotonics. 11(4):0450031-4500322. (2024) https//doi: 10.1117/1.NPh.11.4.045003

R. Hołubowicz, S. W. Du, J. Felgner, R. Smidak, E. H Choi, G. Palczewska, C. Rodrigues Menezes, Z. Dong, F. Gao, O. Medani, A. L. Yan, M. W. Hołubowicz, P. Z. Chen, M. Bassetto, E. Risaliti, D. Salom , J. N. Workman, P. D. Kiser, A. T. Foik, D. C. Lyon, G. A. Newby, D. R. Liu, P. L Felgner, K. Palczewski “Safer and efficient base editing and prime editing via ribonucleoproteins delivered through optimized lipid-nanoparticle formulations” Nat Biomed Eng. (2024) https://www.nature.com/articles/s41551-024-01296-2

16.12.2024

Opracowanie metody przywracania funkcji wzrokowych przy użyciu zmodyfikowanego wirusa wścieklizny

Oczy są naszym oknem na świat, dosłownie. Zaglądając w oczy pacjenta możemy otrzymać wiele informacji na temat jego stanu zdrowia. U ludzi siatkówka, znajdująca się na tylnej ścianie oczu, jest główną strukturą odpowiadającą za percepcję otaczającego nas świata. Siatkówka narażona jest na wiele niebezpieczeństw pochodzących zarówno ze środowiska zewnętrznego, jak również od urazów zewnętrznych. Duża część chorób siatkówki jest, jednak, wynikiem dziedziczonych mutacji genetycznych. Najbardziej powszechnymi chorobami siatkówki prowadzącymi do permanentnej ślepoty są choroby degeneracyjne. Do chorób tych należy barwnikowe zwyrodnienie siatkówki (ang. Retinitis pigmentosa) oraz degeneracja plamki żółtej związanej z wiekiem (ang. age-related macular degeneration). W obu przypadkach pacjenci tracą komórki odpowiadające za detekcję światła w oczach – fotoreceptory. Szacuje się, że na świecie żyje około 200 milionów ludzi borykających się z problemami układu wzrokowego. Każdy zgodzi się, że problemy ze wzrokiem znacząco pogarszają jakość życia. Obecnie prowadzone są prace nad wieloma strategiami mającymi na celu zapobieganie umierania fotoreceptorów bądź przywracania wzroku przy wykorzystaniu transplantów siatkówki, komórek macierzystych lub terapii genowej. Dostarczenie do siatkówki białek reagujących na światło tzw. opsyn, za pomocą wirusów wydaje się być najprostszą metodą przywracania wzroku. Niestety, jak do tej pory, żadna z tych metod nie zadziałała w wystarczająco wydajny sposób, a w związku z tym, nie jest na tyle rozwinięta, aby z powodzeniem zastosować ją w leczeniu chorób u ludzi. W naszym projekcie pracujemy nad opracowaniem zupełnie nowej terapii wirusowej, która umożliwi dostarczenie opsyn do wielu komórek siatkówki, a jednocześnie przywróci możliwość selektywnej detekcji bodźców wizualnych. Aby osiągnąć zamierzony cel wykorzystujemy innowacyjną metodę infekcji neuronów siatkówki, opartą na wirusie wścieklizny. Wirus ten ma bardzo unikatowe właściwości. Jest w stanie wstecznie infekować neurony, a dzięki temu podążać w przeciwnym kierunku do orientacji połączeń komórek, tj. akson – dendryt. Ta unikatowa cecha umożliwia dostarczenie opsyn do poszczególnych warstw siatkówki, a tym samym pozwala przywrócić jej funkcjonalność i naśladować naturalny sposób przetwarzania informacji. Uważamy, że taka strategia pozwoli na przywrócenie selektywnych odpowiedzi na bodźce wizualne w korze wzrokowej. Selektywność odpowiedzi pojedynczych neuronów na bodźce wzrokowe badamy jako odpowiedź neuronów na błyski światła oraz ruchome czarno-białe prążki o różnych parametrach tj. orientacja, wielkość, częstotliwość przestrzenna oraz czasowa i kontrast.

Dzięki rejestracjom elektrofizjologicznym oraz testom behawioralnym badamy do jakiego stopnia niewidome zwierzęta odzyskały wzrok. Celem naszych badań jest stworzenie nowej i efektywnej terapii wirusowej.

Obraz: Strategia dostarczania opsyn do specyficznych populacji komórek nerwowych siatkówki za pomocą pseudotypowanego wirusa wścieklizny u myszy zdrowych i dotkniętych mutacją genu P23H, która prowadzi do degeneracji fotoreceptorów (czopków) i utraty wzroku.

Tekst: dr hab. Andrzej Foik

Team:

dr hab. Andrzej Foik

dr Jagoda Płaczkiewicz

dr Katarzyna Kordecka

mgr inż. Bartłomiej Bałamut

mgr inż. Anna Galińska

dr Hubert Doleżyczek

mgr inż. Milena Gumkowska

mgr inż. Lucyna Piórkowska

mgr inż. Karolina Saran

Słowa kluczowe: wirus wścieklizny, neurony hamujace, siatkówka, komórki dwubiegunowe, przywracanie wzroku, terapia genowa, terapia wirusowa

Referencje:

F. Gao, E. Tom, C. Rydz, W. Cho, A. V. Kolesnikov, Y. Sha, A. Papadam, S. Jafari, A. Joseph, A. Ahanchi, N. Balalaei Someh Saraei, D. Lyon, A. Foik, Q. Nie, F. Grassmann, V. J. Kefalov, D. Skowronska-Krawczyk “Polyunsaturated Fatty Acid – mediated Cellular Rejuvenation for Reversing Age-related Vision Decline” bioRxiv., 2024.07.01.601592. (2024) https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.01.601592v1

H. Leinonen, J. Zhang, L. M. Occelli, U. Seemab, E. H. Choi, L. Felipe L P Marinho, J. Querubin, A. V. Kolesnikov, A. Galinska, K. Kordecka, T. Hoang, D. Lewandowski, T. T. Lee, E. E. Einstein, D. E. Einstein, Z. Dong, P. D. Kiser, S. Blackshaw, V. J. Kefalov, M. Tabaka, A. Foik, S. M. Petersen-Jones, K. Palczewski “A combination treatment based on drug repurposing demonstrates mutation-agnostic efficacy in pre-clinical retinopathy models” Nat Commun., 15(1):5943. (2024) https://www.nature.com/articles/s41467-024-50033-5

R. Hołubowicz, S. W. Du, J. Felgner, R. Smidak, E. H Choi, G. Palczewska, C. Rodrigues Menezes, Z. Dong, F. Gao , O. Medani, A. L. Yan, M. W. Hołubowicz, P. Z. Chen, M. Bassetto, E. Risaliti, D. Salom , J. N. Workman, P. D. Kiser, A. T. Foik, D. C. Lyon, G. A. Newby, D. R. Liu, P. L Felgner, K. Palczewski “Safer and efficient base editing and prime editing via ribonucleoproteins delivered through optimized lipid-nanoparticle formulations” Nat Biomed Eng. (2024) https://www.nature.com/articles/s41551-024-01296-2

P. Węgrzyn, W. Kulesza, M. Wielgo, S. Tomczewski, A. Galińska, B. Bałamut, K. Kordecka, O. Cetinkaya, A. Foik, R. J. Zawadzki, D. Borycki, M. Wojtkowski, A. Curatolo „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography” Neurophotonics. 11(4):0450031-4500322. (2024) https//doi: 10.1117/1.NPh.11.4.045003

Z. J. Engfer, D. Lewandowski, Z. Dong, G. Palczewska, J. Zhang, K. Kordecka, J. Płaczkiewicz, D. Panas, A. T. Foik, M. Tabaka, and Krzysztof Palczewski „Distinct mouse models of Stargardt disease display differences in pharmacological targeting of ceramides and inflammatory responses” Proc Natl Acad Sci U S A, 120(50):e2314698120., (2023) https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2314698120

E. H. Choi, S. Suh, A. T. Foik, H. Leinonen, G. A. Newby, X. D. Gao, S, Banskota, T. Hoang , S. W. Du, Z. Dong, A. Raguram, S. Kohli, S. Blackshaw, D. C. Lyon, D. R. Liu, K. Palczewski “In vivo base editing rescues cone photoreceptors in a mouse model of early-onset inherited retinal degeneration” Nat Commun. 13(1):1830, (2022), https://doi.org/10.1038/s41467-022-29490-3

H. Leinonen, D. C Lyon, K. Palczewski, A. T. Foik “Visual System Hyperexcitability and Compromised V1 Receptive Field Properties in Early-Stage Retinitis Pigmentosa in Mice” eNeuro.9(3):ENEURO.0107-22.2022., (2022). https://www.eneuro.org/content/9/3/ENEURO.0107-22.2022

J.C. Frankowski, A. T. Foik, A. Tierno, J. R. Machhor, D. C. Lyon, R. F. Hunt “Traumatic brain injury to primary visual cortex produces long-lasting circuit dysfunction” Commun Biol (1):1297, (2021). https://www.nature.com/articles/s42003-021-02808-5

16.12.2024

Wysokorozdzielcza tomografia optyczna OCT

Niektóre zastosowania wymagają dokładniejszej rozdzielczości obrazowania. W optycznej koherentnej tomografii (OCT) rozdzielczość poprzeczna jest określana przez optykę obrazowania (często z ograniczeniami odległości roboczej), podczas gdy rozdzielczość osiowa zależy od efektywnej szerokości pasma źródła światła. Opracowaliśmy system OCT z podwójnym spektrometrem pracujący z szerokopasmowym laserem femtosekundowym jako źródłem światła. System zapewnia rozdzielczość woksela wynoszącą około 2 mikrometrów.

Wykorzystujemy system do różnych zastosowań, począwszy od obrazowania ex vivo próbek biologicznych (np. rogówki, tkanki pęcherza moczowego, mózgu myszy) po materiały drukowane biologicznie (takie jak materiały porowate lub mięśnie). W tym ostatnim przypadku współpracujemy z profesorem Marco Constantinim z IChF PAN, który zawsze jest pod wrażeniem możliwości tej technologii.

Niedawno zaczęliśmy opracowywać pomiary elastografii za pomocą naszego systemu. Próbka jest ściskana (na poziomach niewidocznych na obrazach strukturalnych) między pomiarami, a dzięki analizie informacji o fazie różnicowej możemy zapewnić kontrast zależny od właściwości mechanicznych tkanki. Ponieważ nasz system podwójnego spektrometru oferuje również kontrast polaryzacyjny, zamierzamy w przyszłości zbadać, czy te dwa rodzaje kontrastów są równoważne lub uzupełniają się nawzajem.

Tekst: dr Karol Karnowski, p.o. Lider Grupy IDoc

Zespół projektowy:

Karol Karnowski

Piotr Kasprzycki

Patricio Espinoza

Wiktor Kulesza

Powiązane finansowanie: NAWA – Polish Returns, FNP – MAB

Referencje:

  1.  M. Marcotulli, M. C. Tirelli, M. Volpi, J. Jaroszewicz, C. Scognamiglio, P. Kasprzycki, K. Karnowski, W. Święszkowski, G. Ruocco, M. Costantini, G. Cidonio, A. Barbetta, Microfluidic 3D Printing of Emulsion Ink for Engineering Porous Functionally Graded Materials. Adv. Mater. Technol. 2023, 8, 2201244
16.12.2024

System skaningowego OCT do badań nad modelami zwierzęcymi

Nasze wspólne badania z ICTER koncentrują się na rozwoju terapii przywracających wzrok i podstawowych badaniach funkcji siatkówki przy użyciu modeli zwierzęcych. Zespół stworzył już zaawansowany system pełnopolowej optycznej tomografii (FF-OCT), zaprojektowany specjalnie do obrazowania modeli mysich, zdolny do zarówno strukturalnych, jak i funkcjonalnych pomiarów warstw siatkówki oka.

Aby wesprzeć krytyczne procedury iniekcji siatkówki, opracowujemy zaawansowany system OCT ze źródłem o długości fali 1060 nm. Ta innowacyjna platforma obrazowania będzie pełnić wiele kluczowych funkcji, przede wszystkim zapewniając obraz przekrojów siatkówki w czasie rzeczywistym dla zautomatyzowanych iniekcji do oka. Poza podstawową rolą wspomagania iniekcji, system oferuje dodatkową wszechstronność, działając jako kompleksowy mechanizm podglądu i ustawiania oka w naszych badaniach Full-field OCT.

Długość fali 1060 nm została starannie dobrana, aby zoptymalizować penetrację swiatła w warstwy siatkówki i rozdzielczość obrazowania, zapewniając wizualizację delikatnych struktur siatkówki podczas złożonych interwencji terapeutycznych. Integrując precyzyjne prowadzenie za pomocą obrazów OCT bezpośrednio z procesem iniekcji, dążymy do zwiększenia dokładności, bezpieczeństwa i potencjalnej skuteczności nowych technik przywracania wzroku.

Tekst: dr Karol Karnowski, p.o. Lider Grupy IDoc

Zespól projektowy:

Karol Karnowski

Wiktor Kulesza

Jadwiga Milkiewicz

Piotr Nalewajko

Projekt wykonywany we współpracy z innymi grupami POB oraz OBi ICTER.

Powiązane finansowanie: MAB FENG – FNP

Referencja:

  1. Piotr Węgrzyn, Wiktor Kulesza, Maciej Wielgo, Sławomir Tomczewski, Anna Galińska, Bartłomiej Bałamut, Katarzyna Kordecka, Onur Cetinkaya, Andrzej Foik, Robert J. Zawadzki, Dawid Borycki, Maciej Wojtkowski, and Andrea Curatolo „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography,” Neurophotonics 11(4), 045003 (8 October 2024). https://doi.org/10.1117/1.NPh.11.4.045003