Gli scienziati dell'USC hanno sviluppato un nuovo strumento per scrutare in modo più approfondito e chiaro gli esseri viventi, un vantaggio visivo che fa risparmiare tempo e aiuta a far progredire le cure mediche.

È il tipo di scienza fondamentale che può essere utilizzata per sviluppare diagnosi e trattamenti migliori, compresa la rilevazione di cancro ai polmoni o danni da sostanze inquinanti. La tecnologia è abbastanza versatile da poter diventare un'app per smartphone da utilizzare nella medicina a distanza, sicurezza alimentare o rilevamento di valuta contraffatta, detto Francesco Cutrale, autore principale dello studio e ricercatore assistente professore di ingegneria biomedica presso la USC Viterbi School of Engineering.

Gli scienziati affiliati all'USC Michelson Center for Convergent Bioscience hanno lavorato alla tecnologia negli ultimi anni. I loro risultati sono pubblicati oggi in Comunicazioni sulla natura .

La tecnica si concentra, letteralmente, sugli elementi costitutivi della biologia. Quando i biologi esaminano in profondità un essere vivente, una cellula, un pesce, una persona, non è sempre chiaro cosa sta succedendo. Le cellule e le proteine ​​sono profondamente intrecciate tra i tessuti, lasciando molte domande sulle interazioni tra i componenti. Il primo passo per curare la malattia è vedere chiaramente il problema, e non è sempre stato facile.

Come funziona questa nuova tecnica di imaging

Per risolvere il problema, i ricercatori si sono affidati a una tecnica chiamata imaging iperspettrale a fluorescenza (fHSI). È un metodo che può differenziare i colori attraverso uno spettro, taggare le molecole in modo che possano essere seguite, e produrre immagini vividamente colorate dell'interno di un organismo.

Ma i vantaggi offerti da fHSI hanno dei limiti. Non rivela necessariamente lo spettro completo dei colori. Richiede molti dati, a causa della complessità dei sistemi biologici, quindi ci vuole molto tempo per raccogliere ed elaborare le immagini. Sono coinvolti anche molti calcoli che richiedono tempo, il che è un grosso svantaggio perché gli esperimenti funzionano meglio quando possono essere fatti in tempo reale.

Per risolvere quei problemi, i ricercatori dell'USC hanno sviluppato un nuovo metodo chiamato rappresentazioni potenziate con codifica spettrale (SEER). Fornisce una maggiore chiarezza e funziona fino a 67 volte più velocemente e con una definizione 2,7 volte maggiore rispetto alle tecniche attuali.

Si basa su calcoli matematici per analizzare i dati più velocemente. È in grado di elaborare tag fluorescenti vibranti attraverso l'intero spettro di colori per maggiori dettagli. E utilizza molta meno memoria del computer, ancora più importante con l'esplosione della ricerca sui big data dietro la moderna ricerca convergente delle bioscienze. Secondo lo studio, SEER è un "veloce, modo intuitivo e matematico" per interpretare le immagini mentre vengono raccolte ed elaborate.

"Esistono diversi scenari in cui questa analisi a posteriori, mentre potente, sarebbe troppo tardi nel processo decisionale sperimentale o medico, "Curale ha detto. "C'è un divario tra l'acquisizione e l'analisi dei dati iperspettrali, dove scienziati e medici non sono a conoscenza delle informazioni contenute nell'esperimento. SEER è progettato per colmare questa lacuna."

Dal rilevamento del cancro ai polmoni alla potenziale app per telefoni cellulari

La prima applicazione di SEER sarà nel campo medico e della ricerca. L'algoritmo versatile, scritto per la prima volta da Wen Shi e Daniel Koo presso il Translational Imaging Center della USC, sarà utilizzato per rilevare le prime fasi della malattia polmonare e potenziali danni da sostanze inquinanti nei pazienti in collaborazione con i medici del Children's Hospital di Los Angeles. Anche, scienziati nel campo delle scienze della vita hanno iniziato ad adottare SEER nelle loro condutture sperimentali nel tentativo di migliorare ulteriormente l'efficienza.

I miglioramenti nelle tecnologie di imaging possono raggiungere anche il livello dei consumatori, quindi è probabile che tecnologie come fHSI e SEER possano essere installate sui telefoni cellulari per fornire potenti strumenti di visualizzazione.

Il Centro Michelson riunisce una rete diversificata di scienziati e ingegneri di prim'ordine dell'USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze, la USC Viterbi School of Engineering e la Keck School of Medicine della USC sotto lo stesso tetto, grazie a un generoso regalo di 50 milioni di dollari da parte di un chirurgo spinale ortopedico, inventore e filantropo Gary K. Michelson e sua moglie, Alya Michelson.