Studi NIH mengklasifikasikan kehilangan penglihatan dan perubahan retina pada penyakit Stargardt

Peneliti National Eye Institute mengembangkan dan memvalidasi metode berbasis kecerdasan buatan untuk mengevaluasi pasien dengan Stargardt, dan penyakit mata yang dapat menyebabkan kehilangan penglihatan pada masa kanak-kanak.

Metode ini mengukur hilangnya sel retina penginderaan cahaya terkait penyakit, menghasilkan informasi untuk memantau pasien, memahami penyebab genetik penyakit, dan mengembangkan terapi untuk mengobatinya. Temuan ini dipublikasikan di JCI Insight.

“Hasil ini memberikan kerangka kerja untuk mengevaluasi perkembangan penyakit Stargardt, yang akan membantu mengendalikan variabilitas yang signifikan dari pasien ke pasien dan memfasilitasi uji coba terapeutik,” kata Michael F. Chiang, MD, direktur NEI, yang merupakan bagian dari National Institutes kesehatan.

Tomografi koherensi optik domain spektral menggunakan cahaya untuk menggambarkan lapisan retina. Banyak pemindaian yang dilakukan selama lima tahun dianalisis menggunakan pembelajaran mendalam, sejenis kecerdasan buatan di mana data pencitraan dimasukkan ke dalam algoritme yang mempelajari cara mendeteksi pola. Enam lapisan retina tersegmentasi dan dianalisis untuk perubahan ketebalan. Kredit gambar: NIH NEI

Sekitar 1 dari 9.000 orang mengembangkan bentuk paling umum dari Stargardt, atau ABCA4retinopati terkait, penyakit resesif autosomal yang disebabkan oleh varian ABCA4 gen, yang berisi informasi genetik untuk protein transmembran dalam sel fotoreseptor penginderaan cahaya. Orang mengembangkan Stargardt ketika mereka mewarisi dua salinan bermutasi dari ABCA4, satu dari setiap orang tua. Orang yang hanya memiliki satu salinan ABCA4 yang bermutasi adalah pembawa genetik, tetapi tidak mengembangkan penyakit. Bentuk Stargardt yang lebih langka dikaitkan dengan varian gen lain.

Namun bahkan di antara pasien yang semuanya memiliki varian gen ABCA4, ada spektrum yang luas dalam hal usia onset dan perkembangan penyakit. Satu pasien mungkin mengalami kehilangan fotoreseptor penginderaan cahaya yang sangat dini di seluruh retina, sementara yang lain mungkin remaja dengan keterlibatan terbatas pada fovea, area retina yang memberikan penglihatan sentral paling tajam yang perlu dibaca dan dilihat detail halus lainnya. Namun, pasien lain mungkin mencapai paruh baya tanpa kehilangan penglihatan.

“Varian yang berbeda dari ABCA4 gen cenderung mendorong karakteristik penyakit yang berbeda, atau fenotipe. Namun, pendekatan konvensional untuk menganalisis perubahan struktural di retina tidak memungkinkan kami untuk mengkorelasikan varian genetik dengan fenotipe,” kata pemimpin studi tersebut, Brian P. Brooks, MD, Ph.D., kepala NEI Ophthalmic Genetics & Visual. Cabang Fungsi. Brooks ikut memimpin penelitian dengan Brett G. Jeffrey, Ph.D., kepala Human Visual Function Core dari NEI’s Ophthalmic Genetics dan Cabang Fungsi Visual.

Para peneliti mengikuti 66 pasien Stargardt (132 mata) selama lima tahun menggunakan teknologi pencitraan retina yang disebut spectral-domain optical coherence tomography (SD-OCT). Gambar retina 3D SD-OCT cross-sectional disegmentasi dan dianalisis menggunakan pembelajaran mendalam, sejenis kecerdasan buatan di mana sejumlah besar data pencitraan dapat dimasukkan ke dalam algoritme, yang kemudian belajar mendeteksi pola yang memungkinkan gambar menjadi rahasia.

Menggunakan metode pembelajaran mendalam, para peneliti dapat mengukur dan membandingkan hilangnya fotoreseptor dan berbagai lapisan retina sesuai dengan fenotipe pasien dan ABCA4 varian.

Secara khusus, para peneliti memusatkan perhatian pada kesehatan fotoreseptor di area yang dikenal sebagai zona ellipsoid – fitur batas segmen dalam/luar fotoreseptor yang berkurang atau hilang karena penyakit. Para peneliti juga memeriksa lapisan nuklir luar di wilayah terdekat di sekitar area hilangnya zona ellipsoid.

Mereka menemukan bahwa hilangnya zona ellipsoid (ukuran degenerasi fotoreseptor parah), dan penipisan lapisan nuklir luar di luar area tersebut (ukuran degenerasi fotoreseptor halus), mengikuti pola temporal dan spasial yang dapat diprediksi. Atas dasar prediktabilitas itu, mereka dapat menghasilkan cara mengklasifikasikan tingkat keparahan 31 varian ABCA4 yang berbeda.

Yang penting, mereka juga menemukan bahwa degenerasi fotoreseptor tidak terbatas pada area hilangnya zona ellipsoid. Sebaliknya, penipisan lapisan fotoreseptor progresif – tidak terlihat oleh mata dokter, tetapi dapat diukur secara kuantitatif – terlihat jelas di area yang jauh dari batas hilangnya zona ellipsoid. Ini mewakili bagian depan penyakit yang sebenarnya, menunjukkan bahwa itu akan menjadi area yang harus dipantau secara ketat untuk menentukan apakah terapi baru memiliki efek.

“Kami sekarang memiliki ukuran hasil struktural yang sensitif untuk penyakit Stargardt, yang berlaku untuk berbagai pasien yang penting untuk terus maju dalam uji coba terapeutik,” kata Jeffrey.

Sumber: NIH