Quando si indaga su come crescono i tumori, o come i farmaci influenzano i diversi tipi di cellule, i ricercatori devono capire come le molecole all'interno di una cellula reagiscono e interagiscono. Questo è possibile con la moderna microscopia laser. Fino ad ora, però, le molecole nei campioni cellulari dovevano essere etichettate con sostanze fluorescenti per renderle visibili, e questo può distorcere il comportamento stesso delle molecole. I gruppi di ricerca dell'Università di Bielefeld e dell'Università di Hong Kong hanno sviluppato un microscopio laser che funziona senza dover etichettare le molecole. Per questo, i ricercatori hanno innovato un esclusivo laser a fibra compatto invece dei laser a stato solido che erano stati utilizzati in precedenza. Il nuovo microscopio genera molto meno rumore durante l'uso rispetto ai modelli consueti, rendendolo adatto per l'uso in sale operatorie. I ricercatori hanno presentato la loro tecnologia innovativa sulla rivista Luce:scienza e applicazioni , che è pubblicato da Springer Nature.

"L'imaging microscopico senza etichette è attualmente un argomento caldo nella ricerca biomedica, "dice il professor Dr. Thomas Huser, un biofisico che guida il gruppo di ricerca sulla fotonica biomolecolare presso l'Università di Bielefeld. Il suo team ha lavorato insieme al professor Dr. Kenneth K.Y. Il gruppo di ricerca di Wong all'Università di Hong Kong sul microscopio laser a fibra.

"La colorazione con marcatori fluorescenti è generalmente inadatta per i tessuti in vivo, " dice Huser. "La microscopia senza etichetta è necessaria, ad esempio, studiare come si sviluppano vari nuovi tipi di cellule dalle cellule staminali. Consente inoltre di delimitare un tumore dal tessuto normale senza colorazione. E possiamo accertare come i composti farmaceutici reagiscono con le molecole nelle cellule del tessuto muscolare del cuore e del fegato, così come altre cellule."

Negli ultimi anni, laser in fibra sono stati spesso valutati per l'uso in nanomicroscopi ottici, in cui la luce viene trasmessa attraverso fibre di vetro piuttosto che attraverso un corpo solido di cristallo o vetro. "Nei microscopi, però, i laser a fibra erano in precedenza inferiori ai laser a stato solido perché erano meno potenti e molto rumorosi, " spiega Huser. Per ottenere immagini specifiche per molecola con il loro microscopio, gli scienziati utilizzano non uno ma due risonatori ottici sincronizzati (cavità laser). Da questi risonatori, i raggi laser convergono sul campione in esame. Entrambi i laser inviano le loro lunghezze d'onda in brevi impulsi di picosecondi:un picosecondo corrisponde a un miliardesimo di secondo. "Una sfida qui era controllare i laser in modo che le lunghezze d'onda colpissero il campione attraverso la lente esattamente nello stesso momento, "dice Thomas Huser.

Come Dr. Cihang (Sherry) Kong, spiega, un vantaggio significativo del nuovo microscopio laser a fibra è che è più facile da usare rispetto a un classico microscopio laser a stato solido. Il Dr. Kong è un collega di Thomas Huser e uno degli autori principali di questo studio. "È meno incline all'errore, e poiché le molecole non devono prima essere etichettate, il campione non richiede tanto tempo per prepararsi rispetto all'utilizzo di altri microscopi." Il prototipo del microscopio servirà ora come base da cui partire per costruire dispositivi portatili. "Un microscopio compatto potrebbe quindi essere utilizzato in sala operatoria, ad esempio per contrassegnare i confini del tumore durante un'operazione, "dice Cihang Kong.

Per garantire che il microscopio laser a fibra possa essere facilmente riprodotto, i ricercatori sia di Bielefeld che di Hong Kong stanno lavorando su un prototipo del dispositivo. La ricerca cooperativa dei due gruppi è stata finanziata dal German Academic Exchange Service (DAAD) e dall'Hong Kong Research Grants Council (RGC), e continuerà ora come parte del progetto UE DeLIVER. "Questo ci ha permesso di condividere le nostre conoscenze tra di noi:siamo stati in grado di condurre ricerche presso il laboratorio di Hong Kong per diversi mesi, e colleghi di Hong Kong sono stati in grado di venire a Bielefeld e aiutarci qui, "dice il dottor Christian Pilger, che è un membro del gruppo di ricerca di Huser ed è anche uno degli autori principali dello studio.

"La nuova tecnologia offre vantaggi per molte applicazioni biomediche, "dice Kenneth Wong, che dirige il gruppo di ricerca a Hong Kong. "La diagnosi precoce dei tumori è solo un esempio specifico di questo". Per Kenneth Wong, il successo della loro ricerca è il risultato di una stretta collaborazione durata molti anni tra l'Università di Bielefeld e l'Università di Hong Kong. "La ricerca nelle tecnologie biomediche e sanitarie riunisce entrambe le nostre università, soprattutto quando si tratta di tecniche di imaging."

Per Thomas Huser, c'è una buona possibilità che il nuovo microscopio possa essere utilizzato in applicazioni cliniche nei prossimi anni. "Sono già in corso studi preliminari in collaborazione con l'ospedale Evangelisches Klinikum Bielefeld per utilizzare il microscopio per analizzare campioni di tessuto epatico. I nostri partner del progetto sono rimasti stupiti da ciò che questo microscopio può fare".