Ученые разработали новый мощный инструмент для двойной визуализации, который позволяет получить беспрецедентно подробную картину структуры сетчатки и потребления кислорода. Это достижение может помочь врачам выявлять заболевания, приводящие к потере зрения, задолго до появления симптомов.
Наши сетчатки преобразуют свет в электрические сигналы, которые передаются в мозг, где они преобразуются в изображения. Этот процесс требует большого количества кислорода. Нарушение подачи кислорода, например, из-за ограничения кровотока, может привести к серьёзным заболеваниям, влияющим на зрение, таким как глаукома, возрастная макулярная дегенерация (ВМД) и диабетическая ретинопатия.
В новом исследовании ученые из Университета Джонса Хопкинса и Университета Пенсильвании разработали и протестировали новую систему визуализации сетчатки, которая объединяет две передовые технологии для картирования структуры сетчатки и уровней кислорода для более глубокого изучения метаболизма кислорода.
Двухканальная система исследователей использовала оптическую когерентную томографию в видимом свете (VIS-OCT) для получения сверхдетальных структурных изображений глаза и офтальмоскопию с измерением времени жизни фосфоресценции (PLIM-SLO) для непосредственного измерения парциального давления кислорода (pO2) в мельчайших кровеносных сосудах органа, или микроциркуляторном русле. Проще говоря, pO2 — это количество кислорода, растворённого в крови в определённом месте. Это ключевой показатель того, сколько кислорода доступно тканям.
Одновременный сбор изображений с помощью VIS-OCT (вверху) и PLIM (внизу) Стефани Нолен и др. (2025)
Эти методы были использованы для визуализации глаз живых мышей. VIS-OCT использует видимый свет для создания 3D-изображений слоёв сетчатки высокого разрешения, а также может фиксировать динамику кровотока. PLIM-SLO включает в себя введение безопасного кислородочувствительного красителя Oxyphor 2P, который излучает свет, изменяющийся в зависимости от уровня кислорода. Измеряя скорость затухания этого света (то есть время жизни его фосфоресценции), исследователи смогли рассчитать pO2 на уровне капилляров. Обе системы использовали один и тот же оптический путь, что позволяло им одновременно и точно синхронизировать данные о структуре и оксигенации. Исследователи также проверили, как менялись показания pO2 при изменении вдыхаемого мышами кислорода, чтобы подтвердить точность нового метода.
PLIM-SLO точно измерял уровни кислорода в артериолах, венулах и капиллярах. Как и ожидали исследователи, PLIM-SLO показал, что артериолы (очень мелкие ветви артерий) имеют наибольшее содержание кислорода, венулы (самые мелкие вены, возвращающие дезоксигенированную кровь) — наименьшее, а капилляры находятся между ними. Регулировка фокуса системы позволила исследователям визуализировать кислород на разной глубине сетчатки, выявляя структуру и кислородный профиль нескольких сосудистых слоев — то, чего не могли достичь предыдущие методы. Изменения вдыхаемого кислорода приводили к предсказуемым изменениям уровней кислорода в сетчатке, подтверждая, что измерения отражают реальные физиологические изменения. Важно то, что система связала измерения кислорода со структурными и потоковыми данными, заложив основу для будущих исследований метаболизма кислорода в сетчатке и процессов заболеваний.
Карты парциального давления кислорода в микрососудах при системном уровне кислорода 69% (слева), 78% (посередине) и 88% (справа) Стефани Нолен и др. (2025)
Поскольку система была испытана только на мышах, её эффективность на людях пока не оценивалась. Дополнительные ограничения исследования включают необходимость тщательной калибровки для коррекции световых помех между двумя системами, что представляет собой техническую проблему. Кроме того, некоторые физиологические факторы, такие как pH и уровень углекислого газа, приходилось оценивать, а не измерять напрямую, что потенциально приводило к небольшим погрешностям.
Если не обращать внимания на эти ограничения, эта мультимодальная система может значительно продвинуть исследования и диагностику заболеваний глаз, предоставляя более полную картину состояния сетчатки. Она может помочь учёным понять, как изменяется снабжение кислородом при таких заболеваниях, как диабетическая ретинопатия, глаукома и макулярная дегенерация. В будущем врачи смогут использовать подобную технологию для раннего выявления изменений, связанных с заболеваниями, до того, как зрение начнёт ухудшаться.
Исследование финансировалось грантами Национального института глаза, Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии и Программой стипендий для аспирантов Национального научного фонда. Статья опубликована в журнале Neurophotonics .
