La nanotecnologia perfeziona l’imaging molecolare dei tessuti
Le tecnologie di diagnostica per immagini, così come l’ecografia e la risonanza magnetica, hanno trasformato la diagnostica, ma quando si tratta di visualizzare le singole cellule in profondità nei tessuti, esse non riescono a fornire la chiarezza desiderata. Uno dei motivi è il «rumore» del segnale generato dalle cellule vicine all’interno di un campione che, in sostanza, producono la stessa intensità di segnale. Per ovviare a questo problema, gli scienziati hanno sviluppato agenti di contrasto che etichettano aree specifiche dei tessuti. Persino in questo caso, è difficile distinguere i segnali provenienti dalle singole cellule in un ambiente biologico affollato.
Un agente di contrasto commutabile
Il progetto SWIMMOT(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha sviluppato un nuovo agente di contrasto che viene acceso e spento attivamente durante l’imaging ottico, per eliminare il rumore di fondo. «Nel progetto SWIMMOT siamo andati oltre e abbiamo sviluppato un agente di contrasto che può essere acceso e spento su richiesta», spiega il coordinatore del progetto Stefan Schrittwieser. «Sottraendo l’immagine OFF dall’immagine ON, ciò che rimane è un segnale pulito che deriva dal solo mezzo di contrasto, senza interferenze da parte del tessuto circostante». Al centro di questa innovazione c’è una nanoparticella appositamente progettata: una nanobarra(si apre in una nuova finestra) di cobalto-oro avvolta in un polimero biocompatibile e marcata con un anticorpo per intervenire su cellule specifiche. Queste nanobarre sono sensibili ai campi magnetici, che ne controllano l’orientamento. Quando sono allineate parallelamente a una sorgente di luce polarizzata, assorbono e diffondono la luce, producendo un segnale visibile. Tuttavia, se orientate perpendicolarmente, diventano essenzialmente invisibili al sistema di imaging. Questo comportamento commutabile consente agli scienziati di acquisire due immagini: una con il segnale e una senza di esso, e di sottrarle digitalmente, eliminando così lo sfondo.
Convalida «in vivo»
L’agente di contrasto è stato testato sia «in vitro», nelle colture cellulari, che «in vivo», nei modelli di pesce zebra, senza che sia stata osservata alcuna tossicità alle concentrazioni di imaging utilizzate. Le nanobarre sono state iniettate negli animali e i ricercatori hanno acquisito immagini accoppiate che mostrano le aree di accumulo del mezzo di contrasto che, altrimenti, sarebbero state mascherate dal tessuto circostante. «Il principale risultato è stato dimostrare che questo principio di imaging funziona in un organismo vivente», afferma Schrittwieser. «Tutti e cinque i partner del progetto hanno contribuito a questo traguardo con le rispettive competenze», aggiunge.
Una piattaforma a doppia modalità
SWIMMOT si distingue anche per aver integrato due tecnologie di imaging complementari, l’imaging fotoacustico(si apre in una nuova finestra) e la tomografia ottica a radiazione coerente(si apre in una nuova finestra). Entrambe offrono una visualizzazione dei tessuti ad alta risoluzione e in profondità, ma si basano su principi fisici diversi. Nel sistema SWIMMOT, entrambe le modalità sono potenziate con unità di controllo magnetiche che sincronizzano la commutazione del contrasto durante la procedura di imaging. Questo approccio multimodale aumenta la profondità e la precisione dell’imaging cellulare. Di conseguenza, è adatto ad applicazioni quali la ricerca sul diabete, dove è auspicabile la visualizzazione dei biomarcatori cellulari.
Direzioni future
Anche se la tecnologia di SWIMMOT non è ancora pronta per l’impiego clinico, le prospettive sono incoraggianti. Le modalità di imaging utilizzate sono già in uso negli ospedali e i campi magnetici coinvolti sono bassi e ritenuti sicuri. La sfida principale rimane la scalabilità e la garanzia di biocompatibilità dell’agente di contrasto nell’uso a lungo termine. A tal fine, il team di SWIMMOT ha già stretto una partnership con un’azienda europea di imaging fotoacustico per proseguire lo sviluppo. «Nel prossimo futuro, l’applicazione della tecnologia nella scienza fondamentale rappresenta lo scenario più realistico», conclude Schrittwieser.
