Un nuovo rilevatore di bioimaging per l’immaginografia del tessuto profondo
Molte applicazioni biomediche fanno affidamento sul rilevamento della luce, ma gli attuali rilevatori di luce risentono di una scarsa sensibilità e di un elevato rumore di fondo senza fornire praticamente nessuna risoluzione temporale. Il potenziamento delle tecnologie di bioimaging non solo migliorerà la diagnosi ma aiuterà anche a comprendere i processi biologici fondamentali.
Un rilevatore di luce estremamente efficiente
Il progetto SQP, finanziato dall’UE, ha sviluppato un rilevatore per le singole particelle luminose, note anche come fotoni. Il dispositivo si basa su una striscia di metallo che viene raffreddata per far sì che diventi superconduttore e non abbia resistenza. Dopo che un fotone è stato assorbito, compare una minima resistenza che può essere misurata. Il processo di rilevamento è estremamente efficiente e molto veloce, superando in efficienza ogni rilevatore a fotone singolo esistente. Il consorzio di SQP ha intrapreso una notevole ottimizzazione dei componenti e lo sviluppo della tecnologia di base per le applicazioni di bioimaging. «La nostra tecnologia può essere adottata nella microscopia o in altri approcci e tecniche di natura ottica per ottenere in modo non invasivo immagini di processi cellulari dinamici nei tessuti viventi, quali la segnalazione intracellulare», spiega Sander Dorenbos, coordinatore del progetto e amministratore delegato di Single Quantum(si apre in una nuova finestra). Tra gli esempi figurano la microscopia a super-risoluzione(si apre in una nuova finestra), gli endoscopi medici per la diagnosi in tempo reale e l’imaging biomedico.
Implementazione nella microscopia, nella spettroscopia e nel rilevamento di biomarcatori
L’imaging con microscopia ottica ad alta risoluzione ha portato alla definizione di strutture e processi cellulari, ma la natura eterogenea dei tessuti limita la risoluzione microscopica e genera rumore di fondo. In collaborazione con la Stanford University, il consorzio di SQP ha implementato il nuovo rilevatore di luce in un microscopio e ha condotto vari esperimenti di bioimaging nella seconda finestra del vicino infrarosso (1 000-1 700 nm). L’esame del cervello di un topo vivente(si apre in una nuova finestra) attraverso il rilevatore a fotone singolo ha condotto alla penetrazione più profonda dei tessuti e ridotto la dispersione luminosa rispetto ai rilevatori di luce esistenti. La spettroscopia ottica(si apre in una nuova finestra) è un altro campo importante in cui è applicabile il rilevatore di SQP. In modo sicuro e non invasivo, gli spettri di assorbimento misurati possono essere messi in relazione a parametri fisiologici, quali il contenuto ematico e la saturazione di ossigeno. La luce viene applicata al tessuto attraverso l’ottica delle fibre(si apre in una nuova finestra) e dispersa/assorbita a seconda della composizione del tessuto. L’emoglobina, l’ossiemoglobina, l’acqua e i lipidi costituiscono gli elementi di maggiore assorbimento della luce nei tessuti viventi e influiscono in modo estremamente specifico sullo spettro di riflessione misurato. In altri termini, la spettroscopia ottica è in grado di realizzare un’impronta del tessuto e di fornire quindi informazioni in tempo reale sui margini chirurgici, ad esempio durante l’asportazione di un tumore. Il rilevatore di SQP può migliorare questo settore minimizzando il rumore della dispersione luminosa e migliorando la penetrazione dei tessuti. I rilevatori sviluppati da SQP sono potenzialmente applicabili anche nei settori della ricerca di biomarcatori e della diagnosi. La previsione degli esiti clinici richiede spesso la misurazione di specifici biomarcatori, ovvero indicatori che correlano a determinati stati o condizioni biologici e possono addirittura fornire una panoramica sulle risposte farmacologiche a un intervento terapeutico. «Il risultato principale del progetto è stata l’industrializzazione di una tecnologia sviluppata in ambito universitario», sottolinea Dorenbos. SQP sta lavorando per rispondere all’espansione della capacità produttiva necessaria per commercializzare i rilevatori e renderli disponibili per una platea più ampia di utilizzatori e applicazioni. L’impiego dei rilevatori di SQP migliorerà notevolmente la diagnostica basata sull’imaging ottico e aprirà la strada a una migliore assistenza a costi inferiori.
