05.12.2024 Jak złożona sieć autostrad, mikrokrążenie siatkówki jest ukrytym systemem, który napędza życie oka – dostarcza tlen, odżywia tkanki i pozwala komórkom działać bez zakłóceń. Nowe badania przeprowadzone przez naukowców z ICTER pozwalają śledzić każdy „ruch” na tych mikroskopijnych drogach przy użyciu techniki STOC-T. Daje to nie tylko szansę na poznanie mechanizmów działania siatkówki, ale także na odkrycie, jak zaburzenia mikrokrążenia zwiastują początki chorób neurologicznych i okulistycznych.
Mikrokrążenie i hemodynamika siatkówki dostarczają cennych informacji na temat schorzeń naczyniowo-nerwowych, ponieważ wiele chorób ośrodkowego układu nerwowego (OUN) może objawiać się zmianami w siatkówce. Biorąc pod uwagę, że około 80% informacji zewnętrznych jest przetwarzanych poprzez percepcję wzrokową, zrozumienie struktury i funkcji siatkówki, hemodynamiki naczyniowej i sprzężenia neuronalno-naczyniowego (NVC) ma pierwszorzędne znaczenie.
Teraz naukowcy ICTER wykorzystali przestrzenno-czasową tomografię optyczną OCT (STOC-T) do oceny mikrokrążenia siatkówki. Okazuje się, że technika STOC-T, wykorzystująca szybkie obrazowanie tomograficzne w bliskiej podczerwieni, oferuje możliwość wizualizacji nawet najmniejszych naczyń kapilarnych w czasie rzeczywistym. W odróżnieniu od innych technik, takich jak angiografia oka (angio-OCT) czy tomografia dopplerowska, STOC-T pozwala uzyskać obrazy 3D całej struktury siatkówki i naczyniówki z dużą precyzją czasową. Dodatkowo zastosowanie cyfrowej korekcji aberracji oraz specjalnie zaprojektowanego systemu optycznego pozwala uzyskać obrazy niezakłócone błędami refrakcyjnymi, co jest szczególnie istotne w obrazowaniu małych struktur, takich jak siatkówka myszy. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Neurophotonics w pracy zatytułowanej „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography”.
Co łączy STOC-T i mikrokrążenie oka?
Przestrzenno-czasowa tomografia optyczna OCT (STOC-T) to zaawansowana metoda tomografii optycznej, która pozwala na uzyskanie trójwymiarowych obrazów mikrostruktur tkanek w czasie rzeczywistym z wysoką rozdzielczością czasową. Z kolei mikrokrążenie oka to mówiąc najogólniej sieć drobnych naczyń krwionośnych zaopatrujących siatkówkę oraz naczyniówkę, pozwalająca na prawidłowe funkcjonowanie fotoreceptorów. Odpowiedni przepływ krwi jest niezbędny do dostarczania tlenu i substancji odżywczych oraz usuwania produktów metabolizmu.
Badania nad mikrokrążeniem siatkówki nabierają szczególnego znaczenia w kontekście wzrastającej liczby chorób neurodegeneracyjnych oraz okulistycznych. Zaburzenia, takie jak choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, stwardnienie rozsiane, a także schorzenia oczu, jak jaskra czy retinopatia cukrzycowa, często wiążą się z zaburzeniami mikrokrążenia, które mogą być widoczne na poziomie siatkówki jeszcze przed pojawieniem się objawów neurologicznych. Zastosowanie techniki STOC-T pozwala na precyzyjne monitorowanie zmian hemodynamicznych w siatkówce, co może pomóc we wczesnym wykrywaniu patologii oraz w opracowywaniu nowych metod terapii.
Przepływ krwi w siatkówce można monitorować ilościowo in vivo za pomocą przepływografii LSFG (laser speckle flowgraphy), techniki, która wytwarza kontrast angiograficzny z wariancji plamkowej, umożliwiając pomiary przepływu krwi w pełnym polu (w dowolnych jednostkach) z wysoką rozdzielczością czasową. Alternatywnie, laserowa przepływometria dopplerowska (LDF) może mierzyć przepływ krwi i średnią prędkość w jednostkach względnych, a dzięki swojemu rozszerzeniu – laserowa holografia dopplerowska (LDH) – może oszacować pulsujący przepływ siatkówki w bocznym polu widzenia (FOV) z rozdzielczością milisekundową. Wspomniane techniki nie mają możliwości wykonywania analizy sygnału na różnych głębokościach, co sprawia, że analiza przepływu naczyniówkowego jest niejasna. Korzystne byłoby analizowanie hemodynamiki naczyniówki oddzielnie od hemodynamiki wewnętrznej siatkówki i przy wysokiej rozdzielczości czasowej, na co właśnie pozwala STOC-T.
Przełomowe obserwacje i szansa na nowe opcje terapeutyczne
Celem przeprowadzonych badań była implementacja opracowanej i rozwijanej wcześniej przez naukowców z ICTER techniki STOC-T do monitorowania mikrokrążenia siatkówki oraz sprzężenia neuronalno-naczyniowego (NVC). Teraz udało się uzyskać szczegółowe obrazy różnych warstw siatkówki myszy, takich jak warstwa nerwowo-włóknista (NFL), warstwa splotowa wewnętrzna (IPL), połączenie wewnętrznych i zewnętrznych segmentów fotoreceptorów (IS/OS) oraz naczyniówka. Obrazy te pozwalają na obserwację zarówno większych naczyń krwionośnych na powierzchni, jak i bardziej złożonej sieci kapilarów w głębszych warstwach, takich jak IPL.
Analiza amplitudy sygnału STOC-T pozwoliła na rozróżnienie pulsacji naczyń tętniczych i żylnych w siatkówce myszy. W szczególności odkryto, że pulsacja w naczyniach żylnych jest opóźniona o średnio 29 milisekund w stosunku do tętnic, co umożliwia identyfikację różnic fazowych pomiędzy tymi naczyniami. To opóźnienie w czasie pulsacji między tętnicami i żyłami jest kluczowe dla zrozumienia różnych ról, jakie te naczynia odgrywają w mikrokrążeniu. STOC-T pozwala na śledzenie przemieszczenia tkanek spowodowanego falą tętna podczas jej przemieszczania się przez warstwy siatkówki. Te mikroruchy są mierzone w nanometrach i obserwowane głównie wokół tętnic i żył, z amplitudami modulacji w zakresie od 100 do 150 nanometrów.
Pomiar prędkości fali tętna krwi (0,35 mm/s) w kapilarach warstwy splotowej zewnętrznej (OPL) i przesunięć tkanek wywołanych pulsacją naczyń (do 150 nm) dostarczył danych o właściwościach biomechanicznych różnych warstw siatkówki. Ta analiza wykazała różnice w odpowiedzi biomechanicznej na pulsację między warstwami, co jest szczególnie wartościowe w badaniach nad NVC. Chociaż system napotyka ograniczenia w rejestrowaniu prędkości fali tętna w większych naczyniach ze względu na pole widzenia i długość fali tętna, pozostaje on wysoce skuteczny w analizie przepływu krwi w naczyniach włosowatych.
Mapowanie przesunięć tkanek w czasie, spowodowane pulsacją naczyń, ujawniło, że warstwy siatkówki wykazują periodyczne rozszerzanie i kurczenie się synchronizowane z pulsacją naczyń. Obserwacje te, o amplitudzie rzędu 100-150 nm, dostarczają ważnych informacji o elastyczności tkanek i właściwościach biomechanicznych siatkówki, umożliwiając dalsze badania nad chorobami neurodegeneracyjnymi, w których zachowanie mikrokrążenia i elastyczności naczyń może być zaburzone.
Nowa jakość w obrazowaniu hemodynamiki oka
Badania przeprowadzone z wykorzystaniem techniki STOC-T dostarczyły szczegółowych danych na temat hemodynamiki oraz biomechaniki siatkówki myszy, co otwiera nowe perspektywy diagnostyczne i terapeutyczne. Możliwość nieinwazyjnego monitorowania przepływu krwi w siatkówce oraz precyzyjnej analizy różnic fazowych między pulsacjami żylnymi i tętniczymi może być kluczowa w wykrywaniu i leczeniu wielu chorób neurologicznych i okulistycznych. Mikrokrążenie oka, będące jak ukryta autostrada zaopatrująca siatkówkę w tlen i składniki odżywcze, jest kluczowe nie tylko dla zdrowia oczu, ale także kondycji całego układu nerwowego.
Publikacja ta jest wynikiem owocnej współpracy trzech grup ICTER: POB, IDoc oraz OBi, co podkreśla jej interdyscyplinarny charakter. Zespoły te, łącząc swoje unikalne doświadczenia i analizy, stworzyły fundamenty dla nowatorskich rozwiązań, opisanych w publikacji. Takie połączenie wiedzy z różnych obszarów badawczych stanowi kluczowy element w poszukiwaniu innowacyjnych odpowiedzi na współczesne wyzwania, co jest jednym z filarów ICTER.
Autorzy pracy „In vivo volumetric analysis of retinal vascular hemodynamics in mice with spatio-temporal optical coherence tomography”: 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, Andrea Curatolo.
Autor notki prasowej: red. naukowy Marcin Powęska.
Zdjęcia przedstawiają pierwszego autora artykułu, Piotra Węgrzyna. Fotograf: dr Karol Karnowski.
