Schema del sistema di fibra ottica usata per lo studio.
Una fibra ottica sottile come un capello promette di essere utile negli studi poco invasivi sul tessuto profondo del cervello dei pazienti che mostrano gli effetti del morbo di Alzheimer (MA) e di altri disturbi cerebrali.
La ricerca potrebbe fissare le basi per le scansioni cerebrali in vivo poco invasive negli studi di laboratorio e per monitorare nel tempo l'attività neuronale nei pazienti con disturbi neurologici.
"La fibra multimodale ultrafine si adatterebbe facilmente a un ago di agopuntura e sappiamo che questi aghi possono essere inseriti nel corpo di chiunque senza alcun dolore, permettendo potenzialmente la scansione dei tessuti profondi in tempo reale", ha affermato il primo autore Benjamin Lochocki della Vrije Universiteit Amsterdam.
La sfida sta nell'aumentare in modo efficiente la risoluzione delle immagini a livello subcellulare, poiché la perdita di informazioni è inevitabile per la distorsione della luce. Nello studio pubblicato su APL Photonics, i ricercatori nei Paesi Bassi affrontano questa sfida con la 'scansione compressiva basata su chiazze' (SBCI, speckle-based compressive imaging), che sfrutta a loro vantaggio la distorsione della luce delle fibre multimodali.
Le fibre ottiche, una soluzione ben conosciuta per guidare la luce su lunghe distanze, stanno sempre più attirando l'attenzione nella microendoscopia come un modo migliore per accedere ai tessuti profondi, a causa delle loro dimensioni minuscole. Eliminano anche la necessità di marcatura fluorescente, un passo complicato e costoso.
La distorsione della luce viene in genere affrontata modellando il fronte d'onda di un raggio incidente per ridurre la dispersione e creare un raggio focalizzato all'estremità distale della fibra. Tuttavia, questa tecnica presenta limitazioni nella velocità di acquisizione e per produrre immagini di tessuti profondi di alta qualità.
La SBCI altera la posizione di entrata del raggio laser per creare motivi multipli a chiazze casuali e non correlati all'uscita della fibra. Un algoritmo di computer può ricostruire un'immagine dell'oggetto in base al modello e alle informazioni che ha raccolto.
Questa 'scansione compressiva' riduce la quantità di misurazioni dei pixel necessari per ricostruire un'immagine di qualità simile o migliore rispetto alla scansione raster migliore usata negli endoscopi e nei microscopi convenzionali. La SBCI può produrre immagini ad alta risoluzione fino a 11 volte più veloci, per uno spazio tre volte più grande rispetto al tradizionale approccio di scansione raster.
La tecnica è stata usata per visualizzare il pigmento fluorescente lipofuscina legato all'età che si accumula nel tempo come rifiuto metabolico nel soma, la parte dei neuroni che contiene il nucleo ed è responsabile della produzione di neurotrasmettitori. L'accumulo anormale di lipofuscina potrebbe essere associato alla progressione del MA, sebbene questo processo sia ancora poco chiaro.
L'accumulo di pigmenti è stato visualizzato in un campione di tessuto cerebrale di un donatore con MA, ottenuto attraverso la banca olandese del cervello.
Fonte: American Institute of Physics (> English) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Benjamin Lochocki, ...[+3], Lyubov Amitonova. Epi-fluorescence imaging of the human brain though a multimode fiber. APL Photonics, 2022, DOI
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