Computational aberration-corrected volumetric imaging of single retinal cell dynamics in the living eye
تقدم هذه الورقة تقنية فحص مقلة العين بالليزر بمسح الإضاءة البلاينوبتية (PI-SLO)، وهي وسيلة تصوير ثلاثية الأبعاد واسعة المجال وعالية السرعة تتغلب على الانحرافات العينية لتمكين التصوير الحجمي غير الجراحي بدقة الخلية الواحدة لديناميكيات الشبكية في العيون الحية.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
إن العين البشرية ليست مجرد نافذة لرؤية العالم؛ بل هي الجزء الوحيد من الجهاز العصبي المركزي الذي يمكن للأطباء النظر بداخله مباشرة دون جراحة. داخل هذه الكرة الشفافة الصغيرة تكمن الشبكية، وهي طبقة رقيقة من الأنسجة المكتظة بالخلايا العصبية، والأوعية الدموية، والخلايا المناعية التي تعمل معاً لمعالجة الضوء. ولأن هذه الخلايا صغيرة جداً ومتراصة بكثافة عالية، فقد كان من الصعب للغاية دراسة كيفية حركتها وتواصلها مع بعضها البعض في حيوان حي. فالكاميرات التقليدية تجد صعوبة في الرؤية في عمق العين لأن عدسة العين نفسها غير مثالية، مما يتسبب في تشوش الصورة، بينما المجهر القوي الذي يمكنه رؤية الخلايا الفردية غالباً ما يتطلب جراحة تداخلية أو يتحرك ببطء شديد بحيث يفوت الأحداث البيولوجية السريعة. لطالما أراد العلماء طريقة لمراقبة هذه المحادثات الخلوية الدقيقة وهي تحدث في الوقت الفعلي، عبر مساحة واسعة، دون إلحاق الضرر بالأنسجة الحساسة.
لقد طور فريق من الباحثين في جامعة جونز هوبكنز طريقة جديدة للقيام بذلك بالضبط. فقد أنشأوا نظام تصوير متخصص يعمل مثل كاميرا ثلاثية الأبعاد عالية السرعة للعين الحية. وبدلاً من الاعتماد على أجهزة معقدة لتصحيح الرؤية الضبابية للعين فيزيائياً، يستخدم نظامهم خدعة ذكية بالضوء والمعالجة الحاسوبية. يقوم الجهاز بتسليط الضوء داخل العين من زوايا مختلفة قليلاً وبشكل متتالٍ وسريع. وعندما يصطدم الضوء بالشبكية، فإنه يحفز الخلايا المتوهجة، ويقوم مستشعر بجمع الضوء المرتد. ولأن الضوء يدخل من اتجاهات مختلفة، فإن موقع كل خلية متوهجة يتغير قليلاً في الصور الملتقطة، تماماً كما تبدو الشجرة وكأنها تتحرك عندما تمر بجانبها. ومن خلال التقاط هذه التحركات من عشرات الزوايا في أقل من ثانية، يمكن للباحثين استخدام الكمبيوتر لتحديد مكان كل خلية بدقة في الفضاء ثلاثي الأبعاد، مما يزيل فعلياً الضباب الناتج عن عيوب العين.
باستخدام هذه الطريقة، التي تسمى "تصوير الشبكية بالإضاءة البلينوبتيكية" (plenoptic illumination scanning light ophthalmospheroscopy)، تمكن الفريق من مراقبة شبكية فأر حي بتفاصيل غير مسبوقة. لقد ركزوا على ثلاثة مجالات رئيسية: الخلايا المناعية التي تحرس العين، والأوعية الدموية التي تغذيها، والخلايا العصبية التي تعالج الإشارات البصرية. في المجموعة الأولى من التجارب، تتبعوا حركات حوالي مائة خلية مناعية على مدار ثلاثة عشر دقيقة. ووجدوا أن هذه الخلايا ليست جميعها متشابهة؛ فالخلايا القريبة من سطح الشبكية كانت تتحرك بنشاط أكبر بكثير من تلك المدفونة في عمق الأنسجة. وهذا يشير إلى أن طبقات الشبكية المختلفة تمتلك أنواعاً مختلفة من النشاط المناعي، وهو تفصيل كان من المستحيل رؤيته بوضوح عبر مساحة كبيرة كهذه سابقاً. وقد التقط النظام هذه التحركات بسرعة تزيد عن ثلاثة وعشرين حجماً ثلاثي الأبعاد كاملاً في الثانية، مما سمح للباحثين برؤية الخلايا وهي تمد وتتقلص أطرافها الصغيرة في الوقت الفعلي.
استخدم الباحثون أيضاً النظام لرسم خريطة لتدفق الدم عبر ثلاث طبقات متميزة من الأوعية الدموية في الشبكية. ومن خلال حقن صبغة فلورية غير ضارة في مجرى الدم، استطاعوا مشاهدة الخلايا الدموية الفردية وهي تندفع عبر الشعيرات الدموية. وقد سمحت لهم هذه التكنولوجيا ليس فقط برؤية الطبقات الأفقية الرئيسية للأوعية الدموية، بل وأيضاً الاتصالات العمودية الصغيرة التي تغوص بين هذه الطبقات، والتي عادة ما تكون مخفية عن الأنظ de. وقاسوا سرعة تدفق الدم في هذه الأوعية الصغيرة، ليجدوا أن بعضها كان يتحرك بسرعة 0.68 ملم في الثانية بينما كان البعض الآخر أبطأ بكثير عند 0.12 ملم في الثانية. وتوفر هذه القدرة على قياس التدفق عبر الشبكة بأكملها في آن واحد صورة كاملة لكيفية تزويد العين بالأكسجين، وهو أمر بالغ الأهمية لفهم أمراض مثل السكري والزرق (الجلوكوما).
ولعل الأهم من ذلك هو أن الفريق أثبت قدرتهم على مراقبة النشاط الكهربائي للدماغ في العين دون إيقاف حركة الحيوان أو استخدام مجسات تداخلية. فقد استخدموا فيروساً لجعل خلايا عصبية محددة تتوهج عندما تصبح نشطة، ثم حفزوا عين الفأر بومضة من الضوء فوق البنفسجي. والتقط النظام إشارات الكالسيوم الناتجة — وهي علامات كيميائية للنشاط العصبي — في طبقتين مختلفتين من الخلايا العصبية في وقت واحد. ورأوا أن الخلايا العصبية الفردية تستجيب للضوء بشكل مختلف، حيث استجابت بعضها فوراً بينما انتظرت أخرى، بل ورأوا أن أجزاء مختلفة من نفس الخلية العصبية يمكن أن تتفاعل بطرق متضاربة. هذا المستوى من التفاصيل، الذي يغطي مساحة واسعة من الشبكية ويحدث في الوقت الفعلي، يؤكد أن العين يمكن أن تكون نافذة قوية للجهاز العصبي المركزي. لا تتطلب هذه الطريقة سوى مستويات منخفضة جداً من الضوء، مما يقلل من خطر إتلاف العين، وهي تعمل دون الحاجة إلى الأجهزة الضخمة والمكلفة التي حدت من المحاولات السابقة. ومن خلال تحويل العين إلى دار سينما ثلاثية الأبعاد عالية السرعة للحياة الخلوية، يفتح هذا النهج مساراً جديداً لدراسة كيفية عمل الدماغ وكيفية تعطله بسبب الأمراض.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.