Computational aberration-corrected volumetric imaging of single retinal cell dynamics in the living eye
Este artículo presenta la oftalmoscopia de escaneo láser de iluminación plenóptica (PI-SLO), una modalidad de imagenología 3D de campo amplio y alta velocidad que supera las aberraciones oculares para permitir la obtención de imágenes volumétricas no invasivas con resolución de célula única de la dinámica retiniana en ojos vivos.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo
El ojo humano es más que una simple ventana para ver el mundo; es la única parte del sistema nervioso central a la que los médicos pueden mirar directamente sin cirugía. Dentro de esta diminuta esfera transparente se encuentra la retina, una fina capa de tejido repleta de neuronas, vasos sanguíneos y células inmunitarias que trabajan juntas para procesar la luz. Debido a que estas células son tan pequeñas y están tan densamente agrupadas, estudiar cómo se mueven y se comunican entre sí en un animal vivo ha sido increíblemente difícil. Las cámaras tradicionales tienen dificultades para ver en lo profundo del ojo porque el propio lente del ojo es imperfecto, lo que desenfoca la imagen, mientras que los microscopios potentes que pueden ver células individuales a menudo requieren cirugía invasiva o se mueven tan lentamente que pierden eventos biológicos rápidos. Los científicos han deseado durante mucho tiempo una forma de observar estas diminutas conversaciones celulares sucediendo en tiempo real, a través de un área amplia, sin dañar el delicado tejido.
Un equipo de investigadores de la Universidad Johns Hopkins ha desarrollado una nueva forma de hacer precisamente eso. Crearon un sistema de imagen especializado que actúa como una cámara tridimensional de alta velocidad para el ojo vivo. En lugar de depender de un hardware complejo para corregir físicamente la visión borrosa del ojo, su sistema utiliza un truco ingenioso con la luz y el procesamiento computacional. El dispositivo lanza luz hacia el ojo desde muchos ángulos ligeramente diferentes en rápida sucesión. A medida que la luz golpea la retina, excita las células brillantes y un sensor recolecta la luz que rebota. Debido a que la luz entra desde diferentes direcciones, la posición de cada célula brillante cambia ligeramente en las imágenes capturadas, de forma muy similar a cómo un árbol parece moverse cuando pasas caminando junto a él. Al capturar estos cambios desde docenas de ángulos en menos de un segundo, los investigadores pueden usar una computadora para determinar exactamente dónde está cada célula en el espacio tridimensional, eliminando efectivamente el desenfoque causado por las imperfecciones del ojo.
Utilizando este método, llamado oftalmoscopia de iluminación plenóptica, el equipo pudo observar la retina de un ratón vivo con un detalle sin precedentes. Se centraron en tres áreas clave: las células inmunitarias que patrullan el ojo, los vasos sanguíneos que lo alimentan y las neuronas que procesan las señales visuales. En el primer conjunto de experimentos, rastrearon los movimientos de unas cien células inmunitarias durante un periodo de trece minutos. Descubrieron que estas células no son todas iguales; aquellas que se encuentran cerca de la superficie de la retina se movían de forma mucho más activa que las que estaban enterradas más profundamente en el tejido. Esto sugiere que las diferentes capas de la retina tienen diferentes tipos de actividad inmunitaria, un detalle que antes era imposible de ver con claridad en un área tan grande. El sistema capturó estos movimientos a una velocidad de más de veintitrés volúmenes 3D completos por segundo, lo que permitió a los investigadores ver las células extendiendo y retrayendo sus diminutas ramas en tiempo real.
Los investigadores también utilizaron el sistema para mapear el flujo sanguíneo a través de las tres capas distintas de vasos de la retina. Al inyectar un tinte fluorescente inofensivo en el torrente sanguíneo, pudieron observar a células sanguíneas individuales pasando velozmente por los capilares. La tecnología les permitió ver no solo las principales capas horizontales de vasos sanguíneos, sino también las diminutas conexiones verticales que se sumergen entre estas capas, las cuales suelen estar ocultas a la vista. Midieron la velocidad del flujo sanguíneo en estos diminutos vasos, encontrando que algunos se movían a 0.68 milímetros por segundo mientras que otros eran mucho más lentos, a 0.12 milímetros por segundo. Esta capacidad de medir el flujo en toda la red a la vez proporciona una imagen completa de cómo se suministra oxígeno al ojo, lo cual es crucial para comprender enfermedades como la diabetes y el glaucoma.
Quizás lo más significativo es que el equipo demostró que podían observar la actividad eléctrica del cerebro en el ojo sin detener el movimiento del animal ni utilizar sondas invasivas. Utilizaron un virus para hacer que neuronas específicas brillaran cuando se activaban, luego estimularon el ojo del ratón con un destello de luz ultravioleta. El sistema capturó las señales de calcio resultantes —marcadores químicos de la actividad neuronal— en dos capas diferentes de neuronas simultáneamente. Observaron que las neuronas individuales respondían de manera diferente a la luz, con algunas disparándose inmediatamente y otras esperando, e incluso vieron que diferentes partes de una misma neurona podían reaccionar de forma opuesta. Este nivel de detalle, cubriendo un área amplia de la retina y ocurriendo en tiempo real, confirma que el ojo puede servir como una poderosa ventana hacia el sistema nervioso central. El método requiere niveles de luz muy bajos, lo que reduce el riesgo de dañar el ojo, y funciona sin el hardware voluminoso y costoso que ha limitado intentos previos. Al convertir el ojo en un cine de alta velocidad en 3D para la vida celular, este enfoque abre un nuevo camino para estudiar cómo funciona el cerebro y cómo las enfermedades lo alteran.
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