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Commercialisation of novel ultra-fast 3D laser scanning technology

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La tecnologia di imaging tridimensionale apre un nuovo spiraglio sul cervello

La tecnologia di imaging neurale 3D potrebbe consentire agli scienziati di comprendere meglio l’elaborazione delle informazioni da parte del cervello. Il miglioramento della comprensione della funzione cerebrale promuoverà nuovi trattamenti per le malattie e i disturbi neurologici.

Salute

Il cervello è organizzato in strutture che si estendono su un’ampia gamma di scale spaziali, dalle piccolissime giunzioni sinaptiche che collegano i neuroni tra loro alle strutture cerebrali più grandi quali la neocorteccia e il cervelletto. «Per comprendere il modo in cui il cervello rappresenta le informazioni sensoriali e motorie, nonché apprende ed esegue compiti cognitivi, dobbiamo essere in grado di misurare i segnali nel momento in cui percorrono i circuiti neurali», spiega Angus Silver, docente di neuroscienze presso lo University College di Londra, nel Regno Unito. A tal fine, i neuroscienziati ricorrono sempre più spesso alla microscopia a doppio fotone, un particolare tipo di microscopia a fluorescenza. «Le tecniche di imaging a fluorescenza multifotoniche consentono agli scienziati di “visualizzare” l’attività neurale all’interno dei circuiti cerebrali mentre un animale esegue un compito comportamentale», afferma Silver.

Lenti acustico-ottiche

Anche con l’applicazione di tale tecnologia d’avanguardia, la misurazione dell’attività cerebrale rimane estremamente complessa. Una sfida chiave è rappresentata dal fatto che i microscopi a doppio fotone convenzionali generano immagini bidimensionali e sono lenti nella messa a fuoco a diverse profondità. «Uno degli obiettivi chiave della mia ricerca consiste nel capire in che modo il cervelletto e la neocorteccia rappresentano ed elaborano le informazioni sensoriali e motorie durante l’acquisizione di comportamenti specializzati», osserva Silver. «Sebbene la microscopia a doppio fotone fornisca i migliori strumenti per lo studio della struttura e della funzione del cervello a livello sinaptico, neuronale e di circuiti, sentivo che il monitoraggio dell’attività all’interno dei circuiti cerebrali tridimensionali necessitava di una migliore risoluzione temporale». Per superare questo ostacolo e con l’ausilio di una precedente sovvenzione dell’UE, Silver e il suo team hanno sviluppato una tecnologia di scansione tridimensionale, incentrata su una lente acustico-ottica. Si tratta di quattro deflettori acustico-ottici disposti in serie, che sono poi integrati all’interno di un microscopio a doppio fotone. Il team del progetto, composto da ingegneri elettrici, fisici, programmatori informatici e sperimentatori, ha costruito e collaudato l’innovazione, verificandone inoltre l’efficacia. «Abbiamo scoperto che potevamo quindi scansionare in modo selettivo strutture neuronali tridimensionali molto piccole, quali gli alberi dendritici, a velocità elevata», spiega Silver. La tecnologia di scansione 3D con lente acustico-ottica è stata brevettata da UCL Business.

Nuovi strumenti

L’obiettivo del più recente progetto 3DSCAN consisteva nello sfruttare tale successo, facilitando inoltre la commercializzazione di questa innovativa tecnologia di scansione 3D. Ciò è stato ottenuto fornendo sostegno per la protezione della proprietà intellettuale, perfezionando tecniche di fabbricazione a basso costo, nonché esplorando potenziali mercati e possibili partner industriali nell’ambito della microscopia, delle bioscienze e non solo. «Questa sovvenzione ha fatto sì che Agile Diffraction, un’azienda spin-off di UCL, firmasse un accordo di licenza esclusivo con UCL Business per l’accesso alla proprietà intellettuale chiave al fine di commercializzare e cedere in sublicenza la tecnologia», afferma Silver. «Da allora, è stato testato il processo di fabbricazione dello scanner 3D con lente acustico-ottica ed è stato impiegato l’investimento dei fondatori per acquisire un inventario, con l’obiettivo di iniziare a costruire scanner laser con lente acustico-ottica». Sebbene la microscopia a doppio fotone sia diventata un principale strumento all’interno del kit a disposizione dei neuroscienziati, Silver ritiene che questa tecnologia tridimensionale estenderà ulteriormente tale funzionalità con efficacia. Lo scanner è ora disponibile in commercio e l’azienda si sta impegnando con singoli scienziati desiderosi di acquistare gli scanner 3D con lente acustico-ottica per i loro laboratori e le loro istituzioni. Un vantaggio chiave presentato da questa tecnologia di scansione consiste nel fatto che può essere integrata agli attuali microscopi a doppio fotone. «La storia della neuroscienza mostra che la nostra comprensione del cervello è stata ampiamente limitata dalla tecnologia a disposizione», aggiunge. Silver è fiducioso del fatto che lo scanner 3D non lineare con lente acustico-ottica accelererà il ritmo delle scoperte nella ricerca sui circuiti, avvicinandoci allo sviluppo di nuovi trattamenti per le malattie e i disturbi di natura neurologica.

Parole chiave

3DSCAN, cervello, neurale, microscopia, bioscienze, neuroni, sensoriale, neuroscienza

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