I ricercatori dell'UCLA che lavorano con un team di Verily Life Sciences hanno progettato un microscopio mobile in grado di rilevare e monitorare i biomarcatori fluorescenti all'interno della pelle con un alto livello di sensibilità, uno strumento importante nel monitoraggio di varie reazioni biochimiche per la diagnostica medica e la terapia.

Questo nuovo sistema pesa meno di un decimo di libbra, rendendolo abbastanza piccolo e leggero da poter essere indossato intorno al bicipite, tra le altre parti del loro corpo. Nel futuro, una tecnologia come questa potrebbe essere utilizzata per il monitoraggio continuo del paziente a casa o nelle strutture del punto di cura.

La ricerca, che è stato pubblicato sulla rivista ACS Nano , era guidata da Aydogan Ozcan, Professore di ingegneria elettrica e bioingegneria dell'UCLA e direttore associato del California NanoSystems Institute e Vasiliki Demas di Verily Life Sciences (ex Google Life Sciences).

I biomarcatori fluorescenti sono abitualmente utilizzati per il rilevamento del cancro e la somministrazione e il rilascio di farmaci tra le altre terapie mediche. Recentemente, sono emersi coloranti fluorescenti biocompatibili, creando nuove opportunità per il rilevamento e la misurazione non invasivi di biomarcatori attraverso la pelle.

Però, rilevare oggetti fluorescenti aggiunti artificialmente sotto la pelle è impegnativo. collagene, la melanina e altre strutture biologiche emettono luce naturale in un processo chiamato autofluorescenza. Sono stati provati vari metodi per indagare su questo problema utilizzando diversi sistemi di rilevamento. La maggior parte è piuttosto costosa e difficile da rendere piccola e abbastanza economica da essere utilizzata in un sistema di imaging indossabile.

Per testare il microscopio mobile, i ricercatori hanno prima progettato un fantasma di tessuto, un materiale creato artificialmente che imita le proprietà ottiche della pelle umana, come l'autofluorescenza, assorbimento e dispersione. La soluzione di colorante fluorescente target è stata iniettata in un micropozzetto con un volume di circa un centesimo di microlitro, più sottile di un capello umano, e successivamente impiantato nel fantasma di tessuto da mezzo millimetro a 2 millimetri dalla superficie, che sarebbe abbastanza profondo da raggiungere in pratica il sangue e altri fluidi tissutali.

Per misurare il colorante fluorescente, il microscopio indossabile creato da Ozcan e dal suo team ha utilizzato un laser per colpire la pelle in un angolo. L'immagine fluorescente sulla superficie della pelle è stata acquisita tramite il microscopio indossabile. L'immagine è stata quindi caricata su un computer dove è stata elaborata utilizzando un algoritmo progettato su misura, separando digitalmente il segnale fluorescente target dall'autofluorescenza della pelle, a un livello di rilevamento molto sensibile di parti per miliardo.

"Possiamo posizionare vari piccoli biosensori all'interno della pelle uno accanto all'altro, e attraverso il nostro sistema di imaging, possiamo distinguerli, " ha detto Ozcan. "Possiamo monitorare tutti questi sensori incorporati all'interno della pelle in parallelo, persino comprendere potenziali disallineamenti dell'imager indossabile e correggerlo per quantificare continuamente un pannello di biomarcatori".

Questa struttura di imaging computazionale potrebbe anche essere utilizzata in futuro per monitorare continuamente varie malattie croniche attraverso la pelle utilizzando un colorante fluorescente impiantabile o iniettabile.