Per determinate frequenze della luce infrarossa a onde corte, la maggior parte dei tessuti biologici è trasparente quasi quanto il vetro. Ora, i ricercatori hanno creato minuscole particelle che possono essere iniettate nel corpo, dove emettono quelle frequenze penetranti. Il progresso potrebbe fornire un nuovo modo di creare immagini dettagliate delle strutture interne del corpo come reti fini di vasi sanguigni.

Le nuove scoperte, basato sull'uso di particelle che emettono luce chiamate punti quantici, è descritto in un articolo sulla rivista Ingegneria biomedica della natura , dal ricercatore del MIT Oliver Bruns, neolaureato Thomas Bischof PhD '15, professore di chimica Moungi Bawendi, e altri 21.

Imaging nel vicino infrarosso per la ricerca sui tessuti biologici, con lunghezze d'onda comprese tra 700 e 900 nanometri (miliardesimi di metro), è ampiamente utilizzato, ma lunghezze d'onda di circa 1, 000 a 2, 000 nanometri hanno il potenziale per fornire risultati ancora migliori, perché i tessuti del corpo sono più trasparenti a quella luce. "Sapevamo che questa modalità di imaging sarebbe stata migliore" rispetto ai metodi esistenti, Bruns spiega, "ma ci mancavano emettitori di alta qualità", cioè materiali emettitori di luce che potrebbero produrre queste lunghezze d'onda precise.

Le particelle che emettono luce sono state una specialità di Bawendi, il professore di chimica Lester Wolf, il cui laboratorio ha sviluppato negli anni nuovi modi per creare punti quantici. Questi nanocristalli, fatto di materiali semiconduttori, emettono luce la cui frequenza può essere sintonizzata con precisione controllando l'esatta dimensione e composizione delle particelle.

La chiave era sviluppare versioni di questi punti quantici le cui emissioni corrispondessero alle frequenze infrarosse a onde corte desiderate e fossero abbastanza luminose da essere facilmente rilevate attraverso la pelle e i tessuti muscolari circostanti. Il team è riuscito a creare particelle che sono "ordini di grandezza migliori dei materiali precedenti, e che consentono dettagli senza precedenti nell'imaging biologico, " dice Bruns. La sintesi di queste nuove particelle è stata inizialmente descritta in un articolo dello studente laureato Daniel Franke e altri del gruppo Bawendi in Comunicazioni sulla natura l'anno scorso.

I punti quantici prodotti dal team sono così luminosi che le loro emissioni possono essere catturate con tempi di esposizione molto brevi, lui dice. Ciò rende possibile produrre non solo singole immagini ma video che catturano i dettagli del movimento, come il flusso di sangue, permette di distinguere tra vene e arterie.

Le nuove particelle che emettono luce sono anche le prime abbastanza luminose da consentire l'imaging degli organi interni nei topi svegli e in movimento, a differenza dei metodi precedenti che richiedevano l'anestesia, dice Bruns. Le applicazioni iniziali sarebbero per la ricerca preclinica sugli animali, poiché i composti contengono alcuni materiali che è improbabile che siano approvati per l'uso nell'uomo. I ricercatori stanno anche lavorando allo sviluppo di versioni più sicure per l'uomo.

Il metodo si basa anche sull'uso di una telecamera di nuova concezione altamente sensibile a questa particolare gamma di luce infrarossa a onde corte. La fotocamera è un prodotto sviluppato commercialmente, Bruns dice, ma il suo team è stato il primo cliente per il rilevatore specializzato della fotocamera, in indio-gallio-arseniuro. Sebbene questa fotocamera sia stata sviluppata per scopi di ricerca, queste frequenze della luce infrarossa sono utilizzate anche come mezzo per vedere attraverso la nebbia o il fumo.

Non solo il nuovo metodo può determinare la direzione del flusso sanguigno, Bruns dice, è abbastanza dettagliato da tracciare le singole cellule del sangue all'interno di quel flusso. "Possiamo monitorare il flusso in ogni singolo capillare, ad altissima velocità, " dice. "Possiamo ottenere una misura quantitativa del flusso, e possiamo eseguire tali misurazioni di flusso ad altissima risoluzione, su vaste aree».

Tale imaging potrebbe essere potenzialmente utilizzato, Per esempio, studiare come il flusso sanguigno in un tumore cambia man mano che il tumore si sviluppa, che potrebbero portare a nuovi modi di monitorare la progressione della malattia o la risposta a un trattamento farmacologico. "Questo potrebbe dare una buona indicazione di come funzionano i trattamenti che prima non erano possibili, " lui dice.