Ricerche

Sonda microscopica tra i neuroni (Fonte: Tomáš Čižmár)

I ricercatori del Leibniz Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) di Jena e dell'Università di Edimburgo sono riusciti a usare un endoscopio a fibre sottili per ottenere informazioni su strutture cerebrali difficilmente accessibili.

Questo potrebbe essere un passo importante verso una migliore comprensione delle funzioni di compartimenti cerebrali nascosti in profondità, come la formazione di ricordi, come pure delle disfunzioni correlate, tipo l'Alzheimer.

Gli scienziati possono ora fare osservazioni ad alta risoluzione di strutture neuronali all'interno di aree cerebrali profonde di topi viventi - mediante la sonda endoscopica meno invasiva segnalata finora. Lo studio è stato pubblicato nell'attuale numero della rivista Light: Science & Applications.

Con una fibra ottica sottilissima, i ricercatori possono esaminare le aree cerebrali profonde di un topo vivente, come dal buco della serratura. I metodi recentemente introdotti per il controllo olografico della propagazione della luce in ambienti complessi consentono l'uso di una fibra multimodale come strumento di scansione.

Sulla base di questo nuovo approccio, gli scienziati hanno progettato un sistema compatto per la scansione a fluorescenza sulla punta di una fibra, che offre un ingombro molto ridotto e una risoluzione migliorata rispetto agli endoscopi convenzionali basati su fasci di fibre o lenti graduate.

"Siamo entusiasti di vedere la nostra tecnologia fare i primi passi verso applicazioni pratiche nelle neuroscienze", afferma il dott. Sergey Turtaev del Leibniz IPHT, primo autore della ricerca. "Abbiamo dimostrato per la prima volta che è possibile esaminare le regioni profonde del cervello di un modello animale vivente, in un modo minimamente invasivo, ottenendo allo stesso tempo immagini ad alta risoluzione", aggiunge il collega Dott. Ivo T. Leite.

Sergey e Ivo lavorano nel gruppo di ricerca per l'endoscopia olografica guidata dal Prof. Tomáš Čižmár, che ha sviluppato il metodo olografico per la scansione attraverso una singola fibra. Con questo approccio, il team di ricerca è riuscito a ottenere immagini di cellule cerebrali e processi neuronali nella corteccia visiva e nell'ippocampo di topi viventi, con una risoluzione che si avvicina ad un micrometro (cioè mille volte più piccolo di un millimetro).

Osservazioni dettagliate all'interno di queste aree sono cruciali per la ricerca sulla percezione sensoriale, sulla formazione della memoria e su gravi malattie neuronali come l'Alzheimer. I metodi di indagine attuali sono fortemente invasivi, così che non è possibile osservare le reti neuronali in queste regioni interne funzionali senza distruggere massivamente il tessuto circostante; gli endoscopi usuali, composti da centinaia di fibre ottiche, sono troppo grandi per penetrare in tali regioni cerebrali sensibili, mentre le strutture neuronali sono troppo piccole per essere visualizzate con metodi di scansione non invasivi, come la risonanza magnetica (MRI).

"Questo approccio minimamente invasivo consentirà ai neuroscienziati di investigare sulle funzioni dei neuroni nelle strutture profonde del cervello di animali che agiscono: senza perturbare i circuiti neuronali in azione, sarà possibile rivelare l'attività di questi circuiti neuronali mentre l'animale sta esplorando un ambiente o imparare un nuovo compito", spiega la partner del progetto, la dott.ssa Nathalie Rochefort dell'Università di Edimburgo.

Basandosi su questo lavoro, il team di ricerca vuole ora affrontare le attuali sfide della neuroscienza, che comporterà la fornitura di tecniche avanzate di microscopia attraverso endoscopi a fibra singola.

"Sotto la bandiera 'Photonics for Life' del Leibniz-IPHT e nell'ambito del progetto LIFEGATE finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, ci sforzeremo di avanzare in modo più significativo su questo risultato, essenzialmente incanalando i metodi più avanzati della microscopia moderna in profondità all'interno dei tessuti degli organismi viventi e funzionanti", conclude il Prof. Tomáš Čižmár.