Un dispositivo ottico che assomiglia a una lente di un faro miniaturizzato può rendere più facile scrutare le piastre di Petri e osservare i dettagli a livello molecolare dei processi biologici, compresa la crescita delle cellule tumorali. Sviluppato da KAUST, il nuovo obiettivo è anche molto conveniente.

Molte tecniche di bioimmagine richiedono l'aggiunta di coloranti fluorescenti a specifici bersagli cellulari. Ma un metodo recentemente sviluppato noto come microscopia a diffusione raman stimolata (SRS) può evitare passaggi di etichettatura ingombranti utilizzando impulsi laser per raccogliere segnali vibrazionali molecolari da campioni biologici. La capacità dei microscopi SRS di produrre ad alta risoluzione, immagini non invasive a velocità in tempo reale ha spinto i ricercatori a utilizzarle anche per studi diagnostici di malattie in vivo.

Uno svantaggio dei microscopi SRS, però, è che il sistema di rilevamento è influenzato da un segnale di fondo, nota come modulazione di fase incrociata, che è generato dalle intense interazioni tra gli impulsi laser e i campioni.

"Questo segnale di fondo è onnipresente e riduce il contrasto durante l'osservazione microscopica di campioni complessi, come cellule vive, " spiega Carlo Liberale di KAUST. "Rende anche difficile l'identificazione delle molecole bersaglio".

Per evitare gli effetti della modulazione in fase incrociata, la maggior parte dei microscopi SRS necessita di obiettivi in ​​vetro ingombranti in grado di raccogliere ampi angoli di luce. Però, questi tipi di lenti sono quasi impossibili da inserire negli incubatori da palcoscenico che vengono utilizzati per far crescere cellule vive per il bioimaging.

Andrea Bertoncini, ricercatore nel gruppo di Liberale, ha guidato il lavoro per creare una lente SRS ultrasottile utilizzando la stampa tridimensionale (3D) basata su laser. Prendendo spunto dal design sottile delle lenti del faro, il team KAUST ha stampato minuscole caratteristiche simili a lenti e specchi in un polimero trasparente spesso solo una frazione di millimetro.

"Questo tipo di design dell'obiettivo è un modo molto efficiente per raccogliere e reindirizzare la luce proveniente da sorgenti grandangolari direttamente al nostro rilevatore laser, " dice Bertoncini. " E siccome è così magro, si adatta facilmente alle camere chiuse di un'incubatrice."

Dopo che le prove di calibrazione hanno confermato che la loro nuova lente potrebbe rifiutare lo sfondo della modulazione della fase incrociata, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione alle cellule tumorali umane coltivate in una capsula di Petri convenzionale. Questi esperimenti hanno rivelato che l'obiettivo potrebbe visualizzare i componenti interni della cellula con una risoluzione simile ai microscopi SRS convenzionali, ma in un formato molto più conveniente e meno costoso.

"Gli obiettivi che normalmente utilizziamo per raccogliere i segnali dei microscopi SRS costano poche migliaia di dollari, " dice Bertoncini. "Ora abbiamo un obiettivo con vantaggi simili che possiamo produrre a meno di un decimo di quel prezzo".