Gli scienziati dell'EPFL hanno sviluppato un nuovo tipo di vetrino per microscopio in grado di aumentare la quantità di luce nella microscopia a fluorescenza di un fattore fino a 25. Questi nuovi vetrini possono sia amplificare che dirigere la luce, rendendoli ideali per applicazioni che vanno dalla diagnosi in fase iniziale all'archiviazione rapida di campioni patologici.

Per gli scienziati, i vetrini utilizzati per preparare i campioni da guardare al microscopio sono parte integrante del loro lavoro e non sono cambiati molto in quasi 200 anni.

All'Istituto di Microingegneria di Neuchâtel, parte della Scuola di Ingegneria dell'EPFL, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo tipo di vetrino che rompe con la tradizione. I loro scivoli hanno un rivestimento che "struttura" la luce, consentendo di emettere fino a 25 volte più luce e migliorando così la sensibilità dei microscopi con cui vengono utilizzati.

Nicolas Descharmes e Raphaël Barbey hanno sviluppato i loro vetrini appositamente per la microscopia a fluorescenza, che è ampiamente usato per diagnosticare il cancro e le malattie autoimmuni, identificare allergie o sequenze di DNA. Il loro design ha proprietà ottiche uniche e consente il rilevamento di piccole quantità di luce. Ciò potrebbe essere particolarmente utile per effettuare diagnosi in fase iniziale, identificare rapidamente tipi specifici di cancro e archiviare rapidamente campioni patologici. "In un caso ideale, i nostri vetrini potrebbero essere utilizzati per rilevare la presenza di una molecola, dove sarebbero necessarie 25 molecole su vetrini convenzionali", afferma Descharmes.

Gli scienziati hanno brevettato la loro tecnologia, e le loro diapositive, che sono già state utilizzate dai ricercatori in una serie di campi, saranno presto testate presso diverse aziende. La coppia ha ricevuto il sostegno dell'EPFL, la fondazione Gebert Rüf e Innosuisse, e prevede di lanciare la propria azienda nei prossimi mesi. Attraverso la loro startup, Descharmes e Barbey saranno in grado di aumentare la produzione e rendere disponibili i vetrini ai laboratori ospedalieri e ai fornitori di diagnostica.

Eliminando due principali inconvenienti

La microscopia a fluorescenza funziona rilevando la luce che i composti chiamati fluorofori emettono quando eccitati. Più specificamente, i fluorofori assorbono la luce a una data lunghezza d'onda, chiamata lunghezza d'onda di eccitazione, e, in risposta, emettono luce a una lunghezza d'onda maggiore, chiamata lunghezza d'onda di emissione. Con microscopi a fluorescenza, gli scienziati possono visualizzare oggetti che sono naturalmente fluorescenti o che sono stati contrassegnati con un fluoroforo, e questo sarebbe impossibile da vedere con un normale microscopio.

Ma ci sono due principali inconvenienti nell'uso dei vetrini nella microscopia a fluorescenza. Primo, i fluorofori di solito emettono una quantità molto piccola di luce. E secondo, la maggior parte della luce che emettono si perde nella diapositiva, significa che non può essere utilizzato. Di conseguenza, molti composti sono difficili o addirittura impossibili da rilevare a meno che non vi sia una quantità abbastanza grande nel campione.

Una torta a strati ottica

I vetrini di Descharmes e Barbey hanno una struttura a strati in grado di controllare l'ambiente elettromagnetico che circonda i campioni. Quando la luce viene irradiata sui fluorofori in un campione, emettono più luce di quanto farebbero su una diapositiva convenzionale, e tutta quella luce è diretta verso il rivelatore del microscopio. Ciò si traduce in immagini più chiare o che possono essere generate più rapidamente.

"Ciò che ho visto finora è molto promettente, "dice Séverine Lorrain, un tecnico senior presso la struttura di analisi delle proteine ​​dell'UNIL che si occupa di rilevare le proteine ​​nei campioni. "Sono rimasto davvero colpito dall'efficienza dei vetrini nell'amplificare il segnale di fluorescenza. Ciò significa che potrei evitare di passare attraverso un passaggio separato di amplificazione del segnale, un grande vantaggio poiché quel passaggio introduce spesso rumore di fondo".

Jessica Dessimoz, capo della struttura centrale di istologia dell'EPFL, trova promettenti anche i nuovi vetrini:"La superficie di questi vetrini migliora la visualizzazione del segnale fluorescente e riduce il tempo di esposizione richiesto. Potrebbe rivelarsi molto utile per applicazioni come l'immunofluorescenza ciclica".

Abilitare la diagnosi precoce

Gli scienziati dell'EPFL stanno prendendo di mira diverse applicazioni per la loro invenzione, come la diagnosi precoce di alcuni tipi di cancro o la più facile lettura e archiviazione dei vetrini istopatologici, comunemente utilizzati nelle analisi delle biopsie. Secondo Barbie, "La scansione di vetrini convenzionali in fluorescenza richiede molto tempo perché i segnali sono deboli. Ma con i nostri vetrini, il processo potrebbe andare molto più veloce. La parte difficile sarà convincere i ricercatori a rinunciare ad alcuni dei loro vecchi vetrini!" Raphaël Barbey sta attualmente lavorando all'industrializzazione della produzione di questi vetrini con un altro fiore all'occhiello della tecnologia di Neuchâtel:il CSEM (Centro svizzero di elettronica e microtecnologia).

Questi nuovi vetrini segnano un cambiamento nel campo della microscopia a fluorescenza. Quasi tutte le parti del microscopio sono state continuamente ottimizzate negli ultimi decenni, tranne che per le diapositive. Le sorgenti luminose ora sono più potenti, le fotocamere sono più sensibili e gli obiettivi di migliore qualità. "Sorprendentemente, le diapositive sono state un po' dimenticate in questo processo di miglioramento, " afferma Barbey. "Il vantaggio del nostro approccio è che comporta un piccolo cambiamento per gli utenti di microscopi, ma potrebbe migliorare sostanzialmente le prestazioni dei loro strumenti".