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Nuovo metodo laser per 'leggere' letteralmente nel cervello dal vivo
Imamgine in vivo 1.3-micron VCSEL SS-OCT di un topo adulto di 12 settimane con preparazione del cranio: (a) immagine rappresentativa OCT con dati morfologici della corteccia cerebrale e compartimenti cerebrali conseguenti. (b) anatomia cerebrale OCT che mostra una buona correlazione con la microfotografia di una sezione istologica marcata Nissl dello stesso cervello di topo (Fonte: Allen Institute for Brain Science)I ricercatori dell'Università di Washington (UW) hanno usato una tecnologia di scansione non invasiva basata sulla luce per vedere letteralmente all'interno del cervello vivente, fornendoci un nuovo strumento per studiare malattie come la demenza, l'Alzheimer, e i tumori cerebrali che modificano il tessuto cerebrale nel tempo.
Il lavoro è stato riferito ieri da Woo June Choi e da Ruikang Wang, del Dipartimento di Bioingegneria della UW, nel Journal of Biomedical Optics, pubblicato dalla SPIE, società internazionale di ottica e fotonica.
"Il documento mostra una profondità notevolmente migliorata delle immagini con una tecnica non invasiva permessa dal laser per una scansione profonda dei tessuti. Nel cervello, la profondità delle immagini è quasi raddoppiata", ha detto il redattore Martin Leahy della National University of Ireland di Galway. "Gli autori mostrano per la prima volta un'applicazione in cui questa capacità apre una nuova finestra nell'ippocampo intatto vivo, per scoperte nella ricerca sul cervello".
Dai risultati sperimentali, gli autori prevedono che questo nuovo approccio allo studio del cervello con «tomografia a coerenza ottica» (OCT) può consentire l'esame delle alterazioni vascolari morfologiche o funzionali acute e croniche del cervello profondo, che la comunità OCT ha tentato raramente prima.
Choi e Wang hanno usato una «swept-source OCT» (SS-OCT) alimentata da un laser a emissione superficiale a cavità verticale (vertical-cavity surface-emitting laser - VCSEL). Nell'articolo di presentazione essi dicono che questa tecnica potrebbe consentire ai ricercatori di monitorare i cambiamenti morfologici causati da malattie come l'Alzheimer e la demenza, e anche studiare gli effetti dell'invecchiamento sul cervello.
Gli autori suggeriscono che perfezionare un sistema VCSEL SS-OCT ci può permettere cose che sono state appena tentate dalla comunità OCT, come la scansione a lunghezza totale di un occhio umano dalla cornea alla retina. L'OCT è usato per ottenere immagini sotto-superficie di tessuto biologico, circa alla stessa risoluzione di un microscopio a bassa potenza.
Una telecamera OCT può fornire immediatamente le immagini della sezione trasversale di strati di tessuto senza chirurgia invasiva o radiazioni ionizzanti. Ampiamente applicato negli ultimi due decenni in oftalmologia clinica, di recente è stato adattato per visualizzare il cervello in modelli animali di piccole dimensioni. Gli scienziati hanno usato le immagini OCT per studiare la struttura, l'attività neurale e il flusso sanguigno nella corteccia cerebrale di topi vivi.
Però la sua applicazione in neuroscienze è stata finora limitata, perché la tecnologia convenzionale OCT non poteva visualizzare più di 1 millimetro sotto la superficie del tessuto biologico. Le immagini OCT si basano sulla luce riflessa direttamente sotto la superficie. A profondità superiori a 1 mm, la percentuale di luce (fotoni balistici) che sfugge senza dispersione diventa troppo piccola per essere rilevata, e quindi i sistemi convenzionali OCT non sono stati in grado di dare immagini dei tessuti più profondi come l'ippocampo, dove hanno origine molte patologie.
Di recente è stato sviluppato il «swept-source OCT» alimentato da VCSEL, che migliora notevolmente la gamma di scansioni utilizzabili per merito della sensibilità notevolmente migliorata del sistema. Questo nuovo sistema offre una sensibilità di segnale costante a maggiori profondità nel tessuto, estendendo la gamma di scansione a più di 2 millimetri.
Fonte: SPIE-International Society for Optics and Photonics (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Woo June Choi, Ruikang K. Wang. Swept-source optical coherence tomography powered by a 1.3 - μ m vertical cavity surface emitting laser enables 2.3-mm-deep brain imaging in micein vivo. Journal of Biomedical Optics, 2015; 20 (10): 106004 DOI: 10.1117/1.JBO.20.10.106004
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