PNAS:开创性的f-ORG技术可以促进视网膜疾病的诊断

【字体: 时间:2025年03月17日 来源:AAAS

编辑推荐:

  眼病通常发展多年无症状。ICTER的科学家开发了f-ORG技术,该技术可以分析视网膜对光的反应,帮助在症状出现之前发现危险。新的研究证明,即使是光感受器中最小的变化也可以通过这种方式检测到。

濠电姷鏁搁崑鐐哄垂閸洖绠插ù锝呭濞存牠鏌曟繛褍妫楀皬闂備焦鏋奸弲娑㈠疮娴兼潙鐓樼€广儱顦伴悡鏇㈡煙娴煎瓨娑ф鐐瘁缚缁辨帡鎮╅崫鍕優缂備浇椴哥敮妤€顕ラ崟顓涘亾閿濆簼绨藉ù鐘虫綑椤啴濡堕崱妤冾儌闂佸摜濮甸悧鐘荤嵁閸℃稑绀冩い鏃囧亹椤︽澘顪冮妶鍛婵☆偅鐩畷鎰版倷閻戞ǚ鎷洪梺闈╁瘜閸欌偓婵$偓鎮傞弻娑樷枎韫囨洜顔婂┑鈥冲级閸旀洟鍩為幋鐘亾閿濆骸浜滃ù鐘虫そ濮婅櫣绱掑Ο鑽ゅ弳闂佸湱鈷堥崑濠囧春濞戙垹鍐€妞ゆ挾鍟块幏鍝勵渻閵堝棗濮х紒韫矙瀹曨偄煤椤忓懐鍘遍梺鎸庣箓鐎氼剙鐣甸崱妯诲弿濠电姴鍊归崑銉р偓瑙勬礋娴滆泛顕i幘顔藉亹闁告瑥顦伴悵锕傛⒒娴e憡鎯堟い锔诲亰瀵彃饪伴崼鐔蜂画閻熸粍妫冮獮鍡樼瑹閳ь剟鐛幒鎳虫棃鍩€椤掆偓铻炴慨妞诲亾闁哄本鐩俊鐑藉閳╁啰褰囬柣鐔哥矋濠㈡ê岣块敓鐘茶摕闁靛ǹ鍎Σ鍫熶繆椤栨氨浠㈡い蹇e幖椤啴濡堕崒娑欐闂佹悶鍎洪悡鍫濐潖閸ф鈷戦梺顐ゅ仜閼活垱鏅堕幘顔界厵鐎规洖娲ら弸鎴炵箾閻撳海绠诲┑鈩冩倐閺佸倿鏌ㄩ姘濡炪倖娲嶉崑鎾绘煛鐏炲墽鈽夐摶锝夋煟閹惧啿顒㈤柣搴ㄧ畺濮婃椽宕崟闈涘壈闂佸摜鍠愰幐鍐差嚕椤愩埄鍚嬮柛娑卞灡濞堟洟姊洪崨濠傚闁稿骸鍟块埢鎾诲蓟閵夛腹鎷洪柣鐘差儏妤犵ǹ螞椤撱垹鍚规繛鍡樺灩绾剧晫鈧箍鍎遍幊鎰€存繝纰樷偓鍐茬骇闁告梹鐟﹂幈銊╁焵椤掑嫭鐓熸俊顖氱仢閻ㄦ椽鏌熼绗哄仮婵﹥妞介獮鎰償閳ヨ櫕鐏嗛梻浣烘嚀閸ゆ牠骞忛敓锟�缂傚倸鍊搁崐宄邦渻閹烘梻鐭氶柛顐f礀閸ㄥ倻鐥鐐村櫡濞存粌缍婇弻娑㈠Ψ椤旂厧顫╅梺绋胯閸旀垿寮婚敐澶婃闁圭ǹ楠搁弳鍫ユ⒑鐠囨彃鍤遍柟鍑ゆ嫹
  

眼疾通常会在多年间无症状地发展。国际眼科研究中心(ICTER)的科学家们开发了一种名为f-ORG的技术,该技术通过分析视网膜对光的反应来帮助在症状出现之前检测危险。新的研究表明,即使是光感受器的微小变化也可以通过这种方式被检测出来。

视网膜是一个极其复杂的结构,它将光转化为神经信号的生物“换能器”。正是在光感受器——锥体和杆体——这一层,视觉过程开始了。光击中外段的这些细胞会引发一系列被称为光转导的生化反应。在这个过程中,光感受器的长度会发生变化,而这些肉眼看不见的微观变化携带有关视网膜健康的信息。

以前开发的诊断方法,如视网膜电图(ERG),已经能够评估光感受器的功能,但它们有许多局限性。它们需要与眼表接触,需要长时间适应黑暗,并且程序复杂。它们对患者来说也很不舒服,尤其是儿童和老年人。

国际眼科研究中心(ICTER)的科学家们着手寻找一种方法来克服这些局限性。他们开发了一种名为“闪烁光视网膜电图”(f-ORG)的创新技术,该技术可以快速、无创且精确地监测光感受器中发生的过程。这种方法可能会彻底改变视网膜疾病的诊断,如黄斑变性、视网膜色素变性和先天性视网膜营养不良。结果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,文章标题为“光视网膜闪烁光视网膜电图捕捉光转导过程中光感受器的光驱动长度调制”。

“我们的方法可以在不需要长时间暴露于黑暗和不接触眼表的情况下追踪光转导的分子机制。这是视网膜疾病诊断的一大进步。”该研究的共同作者马切伊·沃伊特科夫斯基教授解释说。

光感受器的“超声波”

闪烁视网膜电图(f-ERG)是一种用于研究视网膜生理功能的有价值且成功使用的工具。然而,f-ERG方法也有其缺点,因此ICTER的科学家们决定开发其光学等价物。闪烁光视网膜电图(f-ORG)是一种技术,可以实时观察眼睛光感受器外段发生的物理变化。这些分子级的伸长是磷酸二酯酶6(PDE6)蛋白构象变化的结果。

锥体和杆体光感受器是极其敏感的细胞,它们通过伸长或缩短外段(OS)来对光做出反应。这些OS长度的变化反映了视网膜的功能活动和健康状况。f-ORG技术可以通过使用时空光学断层扫描OCT(STOC-T)记录这些分子级现象,该技术能够在纳米范围内精确成像视网膜结构。

当前的出版物是ICTER团队专注于f-ORG的又一进步。2022年,沃伊特科夫斯基教授的研究小组表明,可以在宽频率范围(高达50赫兹)内进行f-ORG测量,2024年,他们提出了一种新的f-ORG测量方法,可以快速确定光感受器的频率特性。

“STOC-T是一个真正的突破。凭借它,我们可以无创地追踪单个光感受器对光的反应。这就像在患者的眼睛里直接工作的一台显微镜。”安德里亚·库拉托洛博士惊叹道。

为什么PDE6如此重要?

磷酸二酯酶6(PDE6)是光转导过程中的关键酶,光转导是将光转化为大脑解释为图像的电信号的过程。PDE6位于杆体和锥体光感受器的外段,作为光信号的调节器。它的任务是分解cGMP(环鸟苷酸单磷酸),在黑暗中保持离子通道开放,让钠离子和钙离子流入细胞。

当光到达视网膜时,光感受器中的视紫红质信号通路被激活,从而刺激PDE6。这种酶迅速分解cGMP,导致离子通道关闭,离子流动减少。光感受器细胞的电位变化是将视觉信息传递给大脑的第一步。

“PDE6是一个调节光感受器对光敏感性的分子开关。它的激活就像在汽车里踩刹车踏板——光是启动这个过程的刺激,而PDE6决定反应的强度。”该研究的主要作者斯拉沃米尔·托姆切夫斯基博士解释说。

光转导是一个每次只持续几秒钟的过程,但我们的视觉能力取决于它能够以精确的方式反复循环。PDE6调节酶功能的紊乱与许多视网膜疾病有关,包括视网膜色素变性和视网膜营养不良。新的f-ORG技术能够实时直接观察这种酶的作用效果,为科学家和医生提供了一个新的工具,用于研究视网膜疾病的发病和进展,以及评估药物治疗和基因治疗的效果。

研究是如何进行的?

在临床前研究中确立了f-ORG技术的安全性后,该技术在一组健康志愿者中进行了测试,以确认其在追踪光感受器动态变化方面的有效性,并检验PDE6蛋白在这个过程中的作用。参与者进行了短暂的一分钟光适应,这与传统方法需要长时间处于黑暗中形成了显著差异。然后,他们的视网膜被以可变频率的光刺激——从1.5赫兹到45赫兹——并记录光感受器外段长度的变化。

STOC-T技术每秒进行约200次三维扫描,使得在光的影响下这些结构的微妙振荡性伸长得以观察。测量结果显示,观察到的光感受器的伸长与关于光转导级联激活的理论预测一致。在实验的下一阶段,向参与者注射了西地那非,这是一种已知对光转导过程有阻断作用的PDE6抑制剂,以测试其对光感受器反应的影响。正如预测的那样,观察到光感受器反应显著减弱,这证实了PDE6在光感受器外段伸长机制中的关键作用。

“这是一个突破性的时刻。在注射西地那非后,光感受器的反应显著减弱。获得的结果似乎证实了正是PDE6蛋白的构象变化导致了光感受器外段在光的影响下的伸长。”斯拉沃米尔·托姆切夫斯基博士说。

f-ORG能用于什么?

视网膜疾病,如年龄相关性黄斑变性(AMD)、视网膜色素变性或先天性营养不良,通常会在多年间不被察觉地发展。它们的早期诊断极为困难,因为最初的临床症状出现在大量光感受器已经不可逆地受损之后。当前的诊断方法主要集中在对结构变化的视觉观察和视网膜的电活动测量上,忽略了分子水平的细微结构变化。f-ORG填补了这一空白,能够记录光感受器外段长度的变化,这是视网膜在光接收过程中发生过程的直接指标。

“借助f-ORG,我们可以实时观察视网膜的反应。这就像在不拆解发动机的情况下监测发动机的运行。”马切伊·沃伊特科夫斯基教授解释说。

f-ORG技术的潜在应用范围广泛。由于能够记录光感受器在纳米尺度上的反应,医生将能够比传统方法更早地检测到病理变化。这种新技术不仅可以用于眼科,还可以用于神经学,以及对神经退行性的研究。视网膜是神经系统的一个天然“窗口”,可以提供有关大脑功能的有价值信息。

“f-ORG技术使我们能够理解光感受器功能的机制,未来它可能有助于在眼科研究中以前所未有的水平找到神经退行性疾病的原因。”斯拉沃米尔·托姆切夫斯基博士说。

f-ORG在临床实践中的未来

ICTER的科学家们计划进一步开发f-ORG技术,并将其适应于临床应用。目前正在进行准备,对有黄斑变性和视网膜色素变性早期症状的患者进行研究。还有计划开发一种便携式设备,可以在眼科医生的办公室使用,甚至可以用于对视网膜疾病高风险人群进行筛查测试。

“我们希望f-ORG成为眼科的标准技术。这是一种可以帮助全球数百万患者的技术,通过实现疾病的早期检测和更有效的治疗。”马切伊·沃伊特科夫斯基教授说。

濠电姷鏁搁崑鐐哄垂閸洖绠伴柟闂寸贰閺佸嫰鏌涢锝囪穿鐟滅増甯掗悙濠囨煃鐟欏嫬鍔ゅù婊堢畺閺岋綁鎮㈤悡搴濆枈濠碘剝褰冨﹢閬嶅焵椤掑喚娼愰柟绋挎憸閳ь剚绋堥弲婵嬪焵椤掑嫭娑ч柕鍫熸倐瀵偊宕掗悙鏉戔偓閿嬨亜閹哄秶鍔嶉柣锕€閰e铏规嫚閹绘帩鍔夌紓浣割儐鐢€崇暦濠靛绠虫俊銈傚亾缂佲偓婢舵劖鐓熼柡鍐ㄥ€哥敮鑸垫交濠靛洨绡€闁汇垽娼у瓭濠电偠灏欐繛鈧€规洘鍨块獮姗€骞囨担鐟板厞闁诲氦顫夊ú鏍洪妸鈺傚仼闁惧繐婀辩壕浠嬫煕鐏炲墽鎳呮い锔奸檮娣囧﹪顢曢敐鍥╃厜閻庤娲樺ú鐔笺€侀弮鍫濆窛妞ゆ牭绲剧粊顐︽⒒娴g懓顕滅紒璇插€块幃褔骞樺鍕枔閳ь剨缍嗛崰妤呮偂濞嗘劗绠鹃柤濂割杺閸ゆ瑦顨ラ悙杈捐€块柡灞炬礋瀹曞爼濡搁妷銉︽嚈闁诲孩顔栭崳顕€宕滈悢鑲╁祦鐎广儱顦介弫濠囨煟閿濆懏婀版繛鍫熸倐濮婄粯鎷呴挊澶夋睏闂佺儵鍓濆Λ鍐ㄧ暦瑜版帗鎯炴い鎰剁稻閻濈兘姊虹粔鍡楀濞堟洘銇勯妷銉уⅵ闁哄本鐩獮姗€鎳犻澶嬓滃┑鐐差嚟婵參宕归崼鏇炶摕闁哄洢鍨归獮銏′繆閵堝拑宸ラ柛鎾讳憾閺岋綁濮€閳轰胶浠繝銏㈡嚀濡宓勯梺鍦濠㈡﹢锝為崨瀛樼厽婵炲棗鑻禍鎯р攽閻愯尙婀撮柛濠冩礋濠€渚€姊洪幐搴g畵婵☆偅鐟х划鍫⑩偓锝庡枟閻撳啰鎲稿⿰鍫濈婵﹩鍘鹃埞宥夋煣韫囨凹娼愮€规洘鐓¢弻娑㈠箛閵婏附鐝栧銈傛櫇閸忔﹢寮婚妸銉㈡斀闁糕剝鐟ラ埅闈涒攽閳藉棗鐏犳い鎴濐樀瀵鈽夐姀鐘殿唺闂佺懓顕崕鎰涢敓鐘斥拺閻犲洤寮堕崬澶娾攽椤斿搫鈧鍒掑鑸电劶鐎广儱鎳愰ˇ銊ヮ渻閵堝棙灏靛┑顔惧厴椤㈡瑩骞掑Δ浣叉嫼闁荤姴娲犻埀顒冩珪閻忎線姊洪崨濠冪叆濡ょ姵鎮傞崺銏ゅ箻鐠囪尙顓洪梺鎸庢濡嫬鈻撻妷銉富闁靛牆妫涙晶顒傜磼椤旇偐鐒搁柛鈺傜洴瀵粙顢橀悢鍝勫箞婵犵數鍋涘Λ娆撳礉閺囥垺鍊堕柍鍝勫亞濞堜粙鏌i幇顒€绾ч柛鐘筹耿閺岀喖顢涘姣櫻呪偓娈垮櫘閸o絽鐣烽幒鎳虫梹鎷呯憴鍕絻

10x Genomics闂傚倸鍊风粈渚€骞栭锕€纾归柣鐔煎亰閻斿棙鎱ㄥ璇蹭壕濡ょ姷鍋為悧鐘诲灳閺傝¥鈧帗鍒婇悥鍓坢 HD 闂備浇顕х€涒晠顢欓弽顓炵獥闁圭儤顨呯壕濠氭煙閸撗呭笡闁绘挻娲橀幈銊ノ熼悡搴′粯闂佽绻掓慨鐑藉焵椤掑喚娼愭繛鍙夌矒瀹曚即骞橀懜娈挎綗闂佸湱鍎ら〃鍛寸嵁閵忊剝鍙忔慨妤€妫楁晶顔尖攽椤旂厧鏆f慨濠冩そ瀹曘劍绻濋崒婊呮噯婵犵妲呴崑鍛垝瀹ュ桅闁哄啫鐗嗙粻鐟懊归敐鍥ㄥ殌濞寸姰鍨藉娲箹閻愭彃濮夐梺鍝勬噺缁捇骞冩ィ鍐╃劶鐎广儱妫涢崢閬嶆椤愩垺鎼愭い鎴濇噺閹便劑鍩€椤掆偓閳规垿鎮欑€涙ḿ绋囧┑鈽嗗亝缁挻淇婇悽绋跨疀闁哄鐏濆畵鍡涙⒑缂佹ǘ缂氶柡浣规倐閹剝鎷呴搹鍦紳婵炶揪绲介幉鈥筹耿閻楀牅绻嗛柣鎰煐椤ュ鎽堕悙鐑樼厱鐟滃酣銆冮崨顖滅焼闁糕剝绋掗悡鏇㈡煃閳轰礁鏆堢紓鍌涘哺閺屽秷顧侀柛蹇旂〒閸掓帒鈻庨幘铏€悗骞垮劚椤︿即寮查幖浣圭叆闁绘洖鍊圭€氾拷

婵犵數濮烽弫鎼佸磻濞戞娑欐償閵娿儱鐎梺鍏肩ゴ閺呮粌鐣烽弻銉﹀€甸柨婵嗛娴滅偤鏌嶇紒妯活棃闁诡喗顨婇弫鎰償閳ュ磭顔戠紓鍌欐閼宠泛鈻嶆晶淇皊t闂傚倸鍊风欢姘缚瑜嶈灋婵°倕鎳忛弲婵嬫煥濠靛棙宸濈紒鐘虫煥椤潡鎳滈棃娑橆潓濠碘槅鍋呰摫闁靛洤瀚伴獮妯兼崉鏉炴壆鎹曠紓鍌氬€哥粔宕囨濮樿泛钃熸繛鎴欏灩閸愨偓闂侀潧臎閸愶絾瀚涘┑鐘垫暩閸嬫盯鎮ф繝鍥у偍妞ゃ儳顎怱PR缂傚倸鍊搁崐鐑芥倿閿斿墽鐭欓柟鐑橆殕閸庡孩銇勯弽顐粶闁绘帒鐏氶妵鍕箳閸℃ぞ澹曟俊鐐€х紓姘跺础閹惰棄绠栫憸鏂跨暦椤愶箑唯闁靛牆妫楁刊浼存⒒娓氣偓閳ь剛鍋涢懟顖涙櫠閺夋垟鏀介柍銉﹀墯閸ょ喖鏌嶈閸撱劎绱為崱娑樼婵ǹ娉涘Ч鏌ユ煃閸濆嫭鍣洪柛濠傜仛缁绘盯骞嬮悙鍨櫑婵犳鍠栭崯鎾蓟濞戙垹绫嶉柟鐐綑椤忥拷

闂傚倸鍊风粈渚€骞夐敓鐘偓鍐幢濡炴洖鎼オ浼村川椤撶偟浜伴梻濠庡亜濞诧妇绮欓幒妤€鍚归柛鏇ㄥ灡閻撶喖鏌熼柇锕€澧婚柛銈囧枛閺屾洟宕奸悢绋垮攭濡ょ姷鍋為悧鐘差嚕閸洖绠i柣妯活問閸炲爼姊绘担鍛婂暈闁荤喆鍎辫灋婵犻潧妫ḿ鏍р攽閻樺疇澹橀幆鐔兼⒑闂堟侗妾х紒鑼帶闇夐柣鎴eГ閻撶喖鏌eΟ澶稿惈闁告柨绉堕幉鎼佸级閸喗娈婚梺璇″枔閸庣敻寮幘缁樻櫢闁跨噦鎷� - 婵犵數濮烽弫鎼佸磿閹寸姴绶ら柦妯侯槺閺嗭附銇勯幒鎴濐仼闁活厽顨婇弻娑㈠焺閸愶紕绱板銈傛櫆閻擄繝寮诲☉銏犵労闁告劖鍎冲В鈧梻浣告贡閸庛倝骞愭ィ鍐︹偓鍛存倻閽樺顔愰柡澶婄墕婢х晫绮旈悽鍛婄厱閹兼番鍨归悘銉╂煃閽樺妯€妤犵偞锕㈤、娑橆潩椤愩埄妫滃┑鐘垫暩閸嬬偤宕归崼鏇炵闁冲搫鍊婚々鍙夌節婵犲倸鏆熼柡鍡畵閺岋綁寮崶顭戜哗缂佺偓鍎抽妶鎼佸蓟濞戙垹鐒洪柛鎰靛幖椤ユ繈姊洪崨濠冣拹閻㈩垽绻濋獮鍐ㄎ旈崨顓熷祶濡炪倖鎸鹃崑妯何i幇鐗堚拺缂備焦岣块埊鏇㈡煟閻旀繂娲ょ粻顖炴倵閿濆骸鏋涚紒鐘崇叀閺岀喐瀵肩€涙ɑ閿梺璇″枙缁舵艾顫忓ú顏勫窛濠电姴鍊婚鍌涚節閳封偓閸曞灚鐤侀悗娈垮枟婵炲﹪骞冮姀銈嗗亗閹艰揪缍嗛崬瑙勪繆閻愵亜鈧牠寮婚妸鈺傚€舵繝闈涚墢閻滅粯绻涢幋娆忕仾闁绘挻鐟╅幃褰掑Ω閵夘喗笑闂佺ǹ锕ら…鐑藉箖閻戣棄顫呴柕鍫濇閸樺崬鈹戦悙鍙夘棡闁挎岸鏌h箛瀣姕闁靛洤瀚伴、鏇㈠閳轰礁澹庨柣搴ゎ潐濞叉粍绻涢埀顒傗偓娈垮枙缁瑩銆侀弽顓ф晝闁挎繂鎳忕拠鐐烘倵濞堝灝鏋熼柟顔煎€垮顐﹀箻缂佹ɑ娅㈤梺璺ㄥ櫐閹凤拷

濠电姷鏁搁崑鐐哄垂閸洖绠伴柟闂寸贰閺佸嫰鏌涢锝囪穿鐟滅増甯掗悙濠冦亜閹哄棗浜鹃弶鈺傜箖缁绘繈鎮介棃娴躲垽鎮楀鐓庢珝闁诡垰鏈幆鏃堝Ω閿旀儳骞橀柣搴ゎ潐濞叉牕煤閵堝棛顩锋繝濠傜墛閻撴洟鏌i幇顒傛憼閻忓骏绠撻弻鐔兼寠婢跺ň鍋撴繝姘劦妞ゆ帒锕︾粔鐢告煕閹炬潙鍝烘い銏℃婵¤埖寰勭€n亙鍖栭梻浣筋潐婢瑰寮插☉娆庣箚闁惧繐婀辩壕濂告煏婵炑冨枤閺嗩參姊洪悷鏉挎Щ闁瑰啿閰i妶顏呭閺夋垹顦ㄩ梺闈浤涢埀顒勫磻閹惧绡€婵﹩鍘鹃崢鎼佹煟鎼搭垳绉甸柛瀣閹便劑宕奸妷锔惧幐閻庡厜鍋撻柍褜鍓熷畷鐗堟償閵娿儳鍘洪梺鍝勫暙閻楀棝宕¢幎鑺ョ厽婵☆垱瀵ч悵顏呮叏閿濆懎顏柡宀嬬稻閹棃濮€閳垛晛顫岄梻浣告啞濮婂湱鏁垾宕囨殾婵犻潧顑嗛崑鍕煟閹惧啿顔傞柕澶嗘櫆閻撱儵鏌i弴鐐测偓鍦偓姘炬嫹

相关新闻
    生物通微信公众号
    微信
    新浪微博
    • 急聘职位
    • 高薪职位

    知名企业招聘

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号