Le tecnologie di imaging sono fondamentali per la medicina e la diagnosi moderne in una fase iniziale, migliorando potenzialmente i risultati dei pazienti. L'imaging microscopico consente a ricercatori e professionisti di guardare direttamente nelle cellule, consentendo di visualizzare strutture e processi che un tempo erano invisibili. Tuttavia, un'importante limitazione della tecnologia attuale è che l'imaging microscopico ad alta risoluzione è limitato alle immagini bidimensionali (2D) ottenute su vetrini da microscopio, mentre le strutture tissutali sono tridimensionali (3D). Per decenni, gli scienziati hanno cercato un modo per affrontare questa sfida e ottenere immagini microscopiche 3D.

Un articolo pubblicato su Nature Photonics co-autore di Majid Pahlevani (Electrical and Computer Engineering) e collaboratori dell'Università di Harvard, descrive una nuova tecnica in grado di migliorare i microscopi all'avanguardia, consentendo un aumento della risoluzione dell'immagine, rendendo anche possibile l'imaging microscopico 3D.

Una delle principali sfide dell'imaging su scala microscopica è affrontare la diffrazione, la rapida diffusione della luce strettamente focalizzata, poiché il fenomeno ostacola l'ottenimento di immagini ad alta risoluzione. Nello studio, i ricercatori mostrano che una particolare disposizione della luce e un percorso creato da un componente ottico ultrasottile composto da una matrice di nanocolonne su una superficie di vetro (vedi figure A e B) possono rompere i limiti altrimenti imposti dalla diffrazione, risolvendo così il problema. Una lente ottica con questa disposizione potrebbe essere integrata nella prossima generazione di dispositivi di imaging microscopico.

"Questo metodo, denominato Bijective Lighting Collection Imaging (BICI), può estendere la gamma dell'imaging ad alta risoluzione di oltre 12 volte rispetto alle tecniche di imaging all'avanguardia", afferma Pahlevani, esperto di energia e potenza l'elettronica e le sue applicazioni in ambito sanitario. È membro del Queen's Center for Energy and Power Electronics Research (ePOWER). "A differenza delle tecniche di imaging convenzionali, in BICI, la luce che illumina il target e la luce raccolta dal target vengono distribuite lungo la profondità utilizzando le nanostrutture, consentendo di preservare l'imaging ad alta risoluzione lungo un'ampia profondità nel tessuto."

L'imaging microscopico in tre dimensioni consente numerose applicazioni biologiche e cliniche, come fornire informazioni sui meccanismi intercellulari e consentire il rilevamento delle cellule tumorali e la diagnosi in tempo reale in vivo (nel corpo).

Un altro vantaggio chiave del nuovo metodo è la velocità di elaborazione. "Le tecniche ad alta intensità di calcolo danno come risultato un imaging lento, che non è adatto per l'imaging in vivo", spiega il dott. Pahlevani. "Gli organi nei pazienti vivi non sono fermi e si muovono, il che provoca artefatti nell'imaging. Pertanto, l'imaging in vivo richiede tecniche veloci". Poiché la nuova tecnica proposta è una soluzione ottica per aumentare la risoluzione delle immagini microscopiche, non richiede capacità di calcolo aggiuntive.

La fotonica della natura l'articolo evidenzia le diagnosi di cancro come una delle principali applicazioni del nuovo metodo:"I cambiamenti patologici nelle fasi iniziali di malattie come il cancro sono spesso molto sottili e possono essere facilmente trascurati. L'imaging in vivo ad alta risoluzione mantenuto in un ampio intervallo di profondità ha il potenziale per consentire un rilevamento e una diagnosi precoci e accurati". Il Dr. Pahlevani è fiducioso che BICI possa essere applicato a diverse tecniche di imaging esistenti. + Esplora ulteriormente

Imaging di autocorrelazione con speckle laser confocale del flusso dinamico in microvascolatura