Project

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Ex-vivo functional imaging of the neuro-retina

English title Ex-vivo functional imaging of the neuro-retina
Applicant Laforest Timothé
Number 178253
Funding scheme Bridge - Proof of Concept
Research institution
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Other disciplines of Engineering Sciences
Start/End 01.01.2018 - 31.12.2018
Approved amount 127'904.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Other disciplines of Engineering Sciences
Ophthalmology

Keywords (5)

functional retinal imaging; neuronal imaging; ganglion cells; phase contrast; ex-vivo retinal imaging

Lay Summary (French)

Lead
L’évaluation et la suivi de la santé des cellules dans la rétine humaine est crucial pour comprendre les pathologies rétiniennes. A travers cet objectif, un défi majeur est d’imager les cellules neuronales de la rétine dans l’œil humain d’une manière non-invasive afin de détecter les anormalités bien avant qu’un changement physiologique ou pathologique arrive d’une part et de suivre et gérer les effets thérapeutiques de nouveaux médicaments d’autre part. Cependant, l’imagerie in-vivo de la plupart des cellules de la rétine est encore impossible malgré les avancées phénoménales en Tomographie Cohérente Optique (OCT) et de celles de l’optique adaptative. Cela vient du fait que ces cellules ont un contraste extrêmement faible. Le but ultime de ce projet est de développer l’imagerie des cellules neuronales de la rétine in-vivo.
Lay summary

Un premier pas pour imager la neuro-rétine ex-vivo a été réalisé. Il a permis d’observer avec succès la morphologie des cellules neuronales sur des rétines ex-vivo sans aucun marquage biologique. La technique actuelle pour imager la rétine ex-vivo consiste à marquer biologiquement chaque type de cellule avec un agent diffèrent. Un tel protocole est long et onéreux à développer. Par ailleurs, cela peut détruire la morphologie des cellules. Enfin, le marquage biologique n’est tout simplement pas une option pour imager les cellules in-vivo ou ex-vivo de manière fonctionnelle.

L’invention au cœur de ce projet constitue une avancée majeure en utilisant une nouvelle méthode pour visualiser les cellules rétiniennes avec un excellent contraste et une haute résolution. La méthode met en œuvre une illumination oblique, qui génère des images en champ sombre. La lumière rétrodiffusée des couches profondes de la rétine (L’épithélium pigmentaire, RPE et la choroïde) produit une rétro-illumination oblique, la rétine se trouvant ainsi illuminée en transmission.

Nous avons fait la preuve de concept de cette technologie in-vivo sur 7 participants en bonne santé. La suite du projet inclus le développement d’un prototype clinique afin de réaliser une étude clinique en 2019. Par ailleurs, le développement commercial de l’appareil sera effectué au sein de la startup EarlySight SA, fondée en 2019.

Enfin, la preuve de concept de l’imagerie fonctionnelle, dans un premier temps sur des explants de rétine de souris, est en cours grâce à la conception d’un microscope qui implémente l’illumination oblique et une vitesse compatible pour la mesure de la réponse des neurones. Une expérience pilote sera réalisée au premier trimestre 2019.

Direct link to Lay Summary Last update: 25.03.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
EPFL/LAPD/Prof. Christophe Moser Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
INSERM/UMRS1138 Team17/Prof Francine Behar Cohen France (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
EPFL/LNE/Prof. Diego Ghezzi Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
FAA/hopital Jules Gonin/Dr Laura Kowalczuk Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
ARVO Annual Meeting 2018 Poster Quantitative phase imaging of retinal cells for clinical studies and diagnosis 29.04.2018 Hawaii, Honolulu, United States of America Laforest Timothé;
SPIE Photonics West 2018 Poster In vivo neuronal retinal imaging at cellular level 27.01.2018 Californie, San Francisco, United States of America Laforest Timothé;


Use-inspired outputs


Start-ups

Name Year

Abstract

The invention at the heart of this project constitutes a major advance by using a novel method to visualize retinal cells with high contrast and resolution. The method uses oblique illumination, which provides a dark field configuration. The light backscattered by the bottom layers of the eye fundus, namely the Retinal Pigment Epithelium (RPE) and choroid, provides an oblique forward illumination of the retina, thus providing a transmission illumination condition. By using different oblique illumination directions, it is possible to reconstruct a quantitative phase image.A first step towards in-vivo neuronal cells imaging was achieved recently by the author who successfully imaged the morphology of neural cells in full retinas ex-vivo without any staining. The state-of-the-art ex-vivo full retina imaging consists of staining every type of cells with a distinctive contrast agent. Such a protocol is time consuming, expensive to develop and can destroy the cells ‘morphology. More importantly, staining is simply not an option for imaging in-vivo as well as ex-vivo retinas. Currently, ex-vivo retinas kept alive in a perfusion are studied by measuring the electrical signals from electrodes placed on top of the neuronal cells. Hence the spatial resolution, field of view and speed are limited by the electrodes. We performed the in-vivo proof of concept of the technology on seven healthy subjects. The follow up of the project includes a clinical trial that will start in 2019. In addition, a startup company has been founded, EarlySight SA to commercialize the in-vivo instrument.The proof of concept of the functional imaging is currently running thanks to the custom microscope designed during the bridge funding. A pilot experiment will be performed in 2019 on retinal mice ex planted retinas.
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