Biotecnologi, fisici, e ricercatori medici della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hanno sviluppato una tecnologia per l'imaging microscopico negli organismi viventi. Un microscopio multifotone miniaturizzato, che potrebbe essere utilizzato in un endoscopio in futuro, stimola l'illuminazione delle molecole del corpo e consente l'imaging di cellule e strutture tissutali senza l'uso di mezzi di contrasto sintetici. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rinomata rivista Scienze avanzate .

Laser utilizzato per illuminare le molecole

Spesso è necessario esaminare campioni di tessuto al microscopio per diagnosticare malattie. Ciò comporta il prelievo di tali campioni mediante colonscopia, Per esempio, e applicare agenti di contrasto per distinguere efficacemente diversi tipi di tessuto. Biotecnologi, fisici e ricercatori medici della FAU hanno ora sviluppato un processo che potrebbe semplificare notevolmente gli esami del colon e di altri organi. Hanno miniaturizzato la microscopia multifotonica a tal punto da consentirne l'utilizzo negli endoscopi. "Un microscopio multifotonico emette impulsi laser focalizzati ad altissima intensità per un periodo di tempo estremamente breve, " spiega il Prof. Dr. Dr. Oliver Friedrich della Cattedra di Biotecnologie Mediche. "Durante questo processo, due o più fotoni interagiscono simultaneamente con certe molecole nel corpo che poi fanno illuminare le molecole."

La microscopia multifotonica offre vantaggi decisivi rispetto ai metodi convenzionali. I pazienti non hanno bisogno di assumere mezzi di contrasto sintetici per l'imaging di parti di tessuto connettivo poiché i marcatori del corpo si illuminano a causa dell'eccitazione da parte dei fotoni. Inoltre, il laser multifotone penetra in profondità nelle cellule, per esempio nelle pareti del colon, e fornisce immagini tridimensionali ad alta risoluzione del tessuto vivente, mentre la colonscopia convenzionale è limitata alle immagini della superficie del colon. La procedura potrebbe integrare le biopsie o addirittura renderle superflue in alcuni casi.

Tecnologia multi-fotone in un dispositivo portatile

I microscopi multifotonici sono già in uso nelle applicazioni mediche, soprattutto sulla superficie della pelle. Per esempio, i dermatologi li usano per cercare il melanoma maligno. La sfida per l'utilizzo di questi microscopi negli esami endoscopici è la dimensione dei componenti tecnici. I ricercatori della FAU sono ora riusciti a ospitare l'intero microscopio e il laser a femtosecondi in un compatto, dispositivo portatile. La lente dell'obiettivo è alloggiata in una cannula lunga 32 millimetri e con un diametro di 1,4 millimetri. Il punto focale può essere regolato elettronicamente per variare la penetrazione ottica. Sulla punta dell'ago è posizionato un prisma che consente una visione laterale del colon, il che significa che dalla stessa posizione possono essere realizzate varie immagini rotazionali del tessuto.

Negli esperimenti in corso su piccoli animali, la luce emessa dal laser viene trasmessa tramite un sistema rigido. Sono necessarie ulteriori ricerche per integrare il sistema in un endoscopio. "Sono necessarie speciali fibre di cristallo fotonico per guidare gli impulsi laser, " dice Friedrich. "Inoltre, oltre alla lente dell'obiettivo, l'intero meccanismo di scansione deve essere miniaturizzato per consentirne l'integrazione in un endoscopio flessibile."

Atlante d'organo multifotonico e patologie

La microendoscopia multifotonica non è utile solo per l'esame del colon. Potrebbe essere utilizzato anche in altre zone del corpo come nella bocca e nella gola o nella vescica. L'obiettivo del nuovo metodo è consentire al medico di rilevare se le cellule degli organi e parti della parete cellulare sono cambiate su scala micrometrica. In questo modo è possibile limitare i complessi processi di tintura e le lunghe biopsie. Il team del prof. Friedrich mira a fornire ai medici un database di immagini che fornisca un "atlante" multifotonico di organi e varie malattie.