Un nuovo sistema sviluppato dai ricercatori dell'UCLA potrebbe rendere più facile e meno costoso diagnosticare malattie croniche, in particolare in aree remote senza costose apparecchiature di laboratorio.

La tecnologia utilizza un hardware ottico estremamente semplice e un microscopio senza lenti, così come sofisticati algoritmi che aiutano a ricostruire le immagini dei campioni di tessuto. Potrebbe rendere disponibili e convenienti i test diagnostici tanto necessari per le persone nei paesi in via di sviluppo e nelle aree remote che non dispongono delle costose apparecchiature di laboratorio attualmente utilizzate per eseguire biopsie tissutali.

Il sistema per rendere trasparenti i campioni biologici, noto anche come "pulizia dei tessuti, " e poi l'imaging con un microscopio senza lenti è descritto in un articolo pubblicato oggi su Progressi scientifici , una rivista dell'American Association for the Advancement of Science. È stato sviluppato da un team guidato da Aydogan Ozcan, il Professore del Cancelliere dell'UCLA di Ingegneria Elettrica e Informatica e Bioingegneria e direttore associato del California NanoSystems Institute; e Rajan Kulkarni, un assistente professore di medicina e dermatologia presso la David Geffen School of Medicine dell'UCLA, e membro del CNSI.

La biopsia tissutale è ampiamente considerata il gold standard per rilevare malattie come il cancro e le condizioni infiammatorie. Ma il test è relativamente costoso e complesso, e richiede l'uso di strutture sofisticate, una sfida seria nelle regioni con risorse limitate.

In una biopsia standard, il tessuto viene tagliato a fettine sottili, circa un decimo dello spessore di un capello umano e macchiato di tinture, in modo che i professionisti medici possano utilizzare un microscopio per rilevare anomalie e cellule malate. Una sfida di questo approccio, al di là del tempo e dei costi coinvolti, è che solo un piccolo numero di campioni di tessuto può essere analizzato alla volta.

"Sebbene i progressi tecnologici abbiano consentito ai medici di accedere in remoto ai dati medici per eseguire diagnosi, c'è ancora un urgente bisogno di un affidabile, mezzi economici per l'imaging e l'identificazione della malattia, in particolare in contesti con risorse limitate, per la patologia, ricerca biomedica e relative applicazioni, " ha detto Ozcan.

I ricercatori hanno preparato campioni di tessuto utilizzando una tecnica chiamata Clarity, che rende il tessuto trasparente, o "cancellalo", utilizzando un processo chimico che rimuove il grasso e lascia dietro di sé proteine ​​e DNA. Il metodo richiede tipicamente coloranti fluorescenti, che può essere costoso, per colorare i campioni di tessuto, ma uno svantaggio di quei coloranti è che la colorazione tende a degradarsi nel tempo, rendendo più difficile per gli scienziati raccogliere informazioni da esso.

Anziché, i ricercatori dell'UCLA hanno usato colori, coloranti che assorbono la luce che, secondo Kulkarni, può essere utilizzato con i normali strumenti di microscopia senza alcuna perdita di segnale evidente nel tempo.

E invece di utilizzare una macchina che viene tipicamente utilizzata per i test bioptici (un microscopio tradizionale può costare più di $ 50, 000), gli scienziati dell'UCLA hanno sviluppato un nuovo dispositivo costituito da componenti che complessivamente costano solo poche centinaia di dollari:un microscopio olografico senza lenti in grado di produrre immagini 3D con un decimo dei dati di immagine che i microscopi ottici a scansione convenzionali hanno bisogno di fare lo stesso cosa.

Il metodo UCLA ha anche permesso agli scienziati di utilizzare campioni di tessuto con uno spessore di 0,2 millimetri, più di 20 volte più spesso di un campione tipico:un vantaggio fondamentale del nuovo sistema perché è difficile produrre fette di tessuto più sottili senza apparecchiature sofisticate. Ciò consente inoltre agli scienziati di studiare un volume di campione più ampio, che potrebbe aiutarli a rilevare le anomalie prima di quanto farebbero altrimenti.

Ecco come funziona il test:in primo luogo, il tessuto ripulito viene posto in un piccolo contenitore su un chip di silicio che contiene milioni di fotorivelatori, lo stesso tipo di chip che si trova nelle fotocamere dei telefoni cellulari. Quando la luce viene riflessa sul campione di tessuto, ombre a bassa risoluzione dal campione di tessuto cadono sul chip. quelle ombre, creato dall'interferenza della luce diffusa dal campione, formare ologrammi del campione di tessuto.

Prossimo, i ricercatori migliorano la risoluzione e consentono l'imaging 3D spostando il campione rispetto al sensore di immagine e catturando la stessa ombra olografica, consentendo loro di visualizzare digitalmente diverse sezioni trasversali, o fette digitali, del campione di tessuto.

"Attraverso il calcolo e gli algoritmi, abbiamo convertito un imager standard da 10 megapixel, come quelli comunemente usati nei telefoni cellulari, in un microscopio da poche centinaia di megapixel in grado di visualizzare digitalmente diverse sezioni di un campione di tessuto spesso, " disse Yibo Zhang, il primo autore dello studio e uno studente laureato nel laboratorio di Ozcan.

Altri membri del gruppo di ricerca erano Sam Yang, Hongda Wang, Da Teng e Yair Rivenson, tutto l'Ozcan Research Group; e Yoonjung Shun, Kevin Sung e Harrison Chen del laboratorio di Kulkarni.