Chiarire in tempo reale i meccanismi cellulari e molecolari
Le attuali modalità di imaging quali l'imaging a risonanza magnetica (MRI), la tomografia computerizzata (CT) o la tomografia ad emissioni di positroni (PET) possono identificare tumori relativamente piccoli ai livelli di organo o tessuti. Ma sono comunque necessarie tecnologie di imaging che possano fornire informazioni cellulari e molecolari in vivo per la prevenzione e l'individuazione del cancro e per una terapia mirata. CARS EXPLORER è stata una collaborazione multidisciplinare dell'UE per lo sviluppo di una metodologia di imaging NLO atta a individuare il cancro cutaneo utilizzando modelli di melanoma (cancro della pelle) nel topo e nell'uomo come riferimento e convalida. A tal fine gli scienziati hanno studiato a fondo le tecniche di microscopia NLO come lo scattering Raman coerente anti-Stokes (CARS), la fluorescenza a due fotoni (2PEF) e la generazione di seconda armonica (SHG) per la visualizzazione subcellulare nei campioni biologici. Sono state utilizzate tecniche di sagomatura degli impulsi per ottimizzare il contrasto NLO, la forza di incidenza, la profondità di penetrazione e la propagazione del segnale nei microscopi ed endoscopi per l'imaging di tessuti profondi. Si sono sfruttate fibre a cristalli fotonici (PCF) hollow-core (HC) per trasmettere impulsi ad alta potenza ogni femtosecondo (10 -15 secondi) in forma di solitoni negli endoscopi. I solitoni sono pacchetti o impulsi di onde solitarie autorinforzanti che viaggiano a velocità costante mantenendo la propria forma. I ricercatori sono riusciti a creare microscopi point scanning che usavano laser compatti allo zaffiro di titanio e oscillatori parametrici ottici. È stato sviluppato un software su misura per il controllo del sistema e l'elaborazione dei dati. Il metodo di scattering Raman stimolato è stato impiegato per creare contrasto d'immagine nelle immagini dei tessuti con la microscopia non lineare. L'argomento è stato trattato in modo approfondito tra le notizie scientifiche della rivista Nature. Un sistema prototipo endoscopio-microscopio che impiega segnali CARS e SRS è stato costruito per visualizzazioni in vivo e in situ dei campioni, ed è in fase di brevetto. Sono stati generati con successo database che potrebbero caratterizzare e differenziare tra tessuto cutaneo e linfoide normale e canceroso utilizzando spettroscopia Raman e CARS. È stata inoltre eseguita una mappatura label-free di acidi nucleici, proteine e lipidi in sezioni di melanoma cutaneo. Sono stati generati modelli murini esprimenti tumore per esplorare l'efficacia di queste tecniche in animali viventi. Queste nuove tecnologie hanno dimostrato il proprio potenziale per l'individuazione e la diagnosi precoci del cancro e di altre malattie, identificando in tempo reale le modifiche cellulari maligne.
