Yeni Teknoloji Nörodejeneratif Hastalıkların Tanısını Kolaylaştırıyor

Optik koherens tomografi (OCT), adaptif optikler ve derin sinir ağlarının yeni bir kombinasyonu, nöronlara zarar veren göz ve beyin hastalıkları için daha iyi tanı ve izlem olanağı sağlamalıdır.

Duke Üniversitesi'ndeki biyomedikal mühendisleri, gözde retina gangliyon hücrelerinin sayı ve şekil değişikliklerini kolayca ve kesin olarak izleyen süreci geliştirmek için çok kurumlu bir konsorsiyuma öncülük etmiştir.

Gözün retinası, merkezi sinir sisteminin bir uzantısıdır. Gangliyon hücreleri, gözdeki görsel bilgileri işleyen ve beyne gönderen birincil nöronlardan biridir. Glokom gibi birçok nörodejeneratif hastalıkta gangliyon hücreleri dejenere olur ve geri dönüşü olmayan körlüğe yol açmaktadır.

Geleneksel olarak araştırmacılar, glokom ve diğer göz hastalıklarının tanı ve izleminde göz dokusu katmanlarının altına bakmak için, ışık yerine sesi kullanan ultrasona benzer bir görüntüleme teknolojisi olan Optik Koherens Tomografiyi (OCT) kullanmaktadırlar.

OCT, araştırmacıların retinadaki gangliyon hücre katmanını verimli bir şekilde görüntülemesine izin verse de teknik yalnızca hücre katmanının kalınlığını gösterecek kadar hassastır, tek tek gangliyon hücrelerini ortaya çıkaramaz. Kalınlıkta oluşacak değişikliklerden önce büyük miktarlarda gangliyon hücresi kaybolduğundan erken tanı ve hızlı izlem gecikmektedir.

Bunu düzeltmek için, adaptif optik OCT (AOOCT) adı verilen yeni bir teknoloji, bireysel gangliyon hücrelerinin yeterince hassas görüntülenmesini sağlar. Uyarlanabilir optik, göz muayenesi sırasındaki optik sapmaların etkisini en aza indiren bir teknolojidir. Bu optik sapmalar OCT görüntülemede yüksek çözünürlüğü sınırlayan en önemli faktördür.

'Daha yüksek çözünürlük, nörodejeneratif hastalıkları tanısını kolaylaştırır. Ama aynı zamanda o kadar büyük miktarda veri üretiyor ki, görüntü analizi, bu potansiyel olarak oyun değiştirici teknolojinin göz ve beyin araştırmalarında yaygın olarak kullanılmasında büyük bir engel oluşturuyor.' diyor Duke Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Profesörü Sina Farsiu.

Farsiu ve doktora sonrası araştırmacı Somayyeh SoltanianZadeh yeni makalelerinde, AOOCT taramalarından gangliyon hücrelerinin şekillerini tanıyıp izleyebilen ve adaptasyon yeteneği yüksek bir derin öğrenme tabanlı algoritma geliştirerek bu soruna bir çözüm sunmaktadır.

WeakGCSeg olarak adlandırdıkları yaklaşımlarının doğruluğunu test etmek için ekip hem sağlıklı hem de glokomlu retinalarından AOOCT verilerini analiz etti. WeakGCSeg her iki örnekte gangliyon hücrelerini verimli ve doğru bir şekilde ayrıştırdı ve mevcut gangliyon hücrelerinin sayısı ve boyutuna bağlı olarak glokomlu örnekleri belirlemiştir.

SoltanianZadeh, ‘Deneysel sonuçlarımız, WeakGCSeg'in aslında insan uzmanlardan ve hacimsel biyomedikal görüntüleri işleyebilen diğer son teknoloji ağlarından daha üstün olduğunu gösterdi’ dedi.

Ekip, tanı çalışmalarına ek olarak, WeakGCSeg'in nörodejeneratif hastalıklar için klinik deneyler yapmayı kolaylaştıracağı konusunda iyimser. Örneğin, bir çalışma glokom tedavisini test ediyorsa, WeakGCSeg, tedavinin kontrol grubuna kıyasla hücre dejenerasyonunu yavaşlatıp yavaşlatmadığını saptayabilir. Yalnızca OCT ile değişimin ilk işaretini görmek için yüzlerce hücrenin ölmesini gerekir, bu da aylar veya yıllar alabilir.

Farsiu, ‘Tekniğimizle en erken değişikliği ölçebileceksiniz. Klinik çalışma süreniz kısalır, çünkü bu kadar erken bir etki görebilir ve ölçebilirsiniz, bu yüzden burada çok fazla potansiyel var.' dedi.

Ekip, tekniklerini daha geniş bir hasta grubuna uygulamak için Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), Indiana Üniversitesi ve Maryland Üniversitesi'ndeki meslektaşlarıyla iş birliğini sürdürmeyi planlıyor. Ayrıca WeakGCSeg'i fotoreseptörler gibi farklı hücre tiplerine ve retinitis pigmentosa ve doğal retina hastalıkları gibi göz hastalıklarına da uygulamayı umuyorlar.

WeakGCSeg ayrıca nörolojik hastalıkların tanısında ve izleminde kullanılma potansiyeline sahiptir. Farsiu'ya göre, önceki çalışmalar, gangliyon hücre tabakasındaki değişikliklerin, Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı ve ALS gibi merkezi sinir sisteminin çeşitli hastalıkları ile ilişkili olduğunu göstermiştir. Yeni teknikleriyle bunu daha fazla inceleyebilirler.