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Il nuovo microscopio a scansione laser migliora il rilevamento delle cellule tumorali

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Grazie all’uso della tecnologia MEMS, il microscopio a scansione laser del progetto LSC-Onco è così piccolo e compatto che può essere utilizzato per esaminare i pazienti direttamente sul tavolo operatorio. Credito: Fraunhofer-Gesellschaft

I ricercatori di Fraunhofer hanno sviluppato una tecnologia molto veloce per determinare se un tumore è stato completamente rimosso, prima ancora che il paziente lasci la sala operatoria. Utilizzando una combinazione di microscopia a scansione laser e marcatori tumorali fluorescenti, i medici possono rilevare eventuali cellule tumorali rimanenti subito dopo le operazioni.

La rimozione chirurgica di un tumore è un processo delicato. Il tessuto canceroso deve essere rimosso nella sua interezza, con grande precisione e il minor numero di incisioni possibile. Successivamente, il chirurgo deve porsi una serie di domande. Ad esempio, tutte le cellule cancerose sono state completamente rimosse? E la rimozione ha danneggiato il tessuto circostante? Con i tumori cerebrali in particolare, è importante rimuovere il minor numero possibile di cellule nervose sane.

Ora, i ricercatori Fraunhofer che lavorano nel progetto LSC-Onco (Laser Scanning Oncology) hanno trovato una soluzione rapida e affidabile a questo problema combinando microscopi a scansione laser e marcatori tumorali fluorescenti. Usando il microscopio, i medici possono esaminare il tessuto circostante l’area da cui è stato rimosso il tumore, senza nemmeno lasciare la sala operatoria. Michael Scholles, capo del Fraunhofer Center for Micro-electronic and Optical Systems for Biomedicine MEOS, spiega: “Un marcatore fluorescente applicato in anticipo consente ai medici di vedere eventuali cellule tumorali che possono essere lasciate dopo l’incisione. Quindi queste cellule possono essere completamente rimosse , con grande precisione.” La tecnologia è stata sviluppata presso il Fraunhofer Center di Erfurt, dove MEOS lavora su tecnologie chiave nei campi delle scienze della vita, della microelettronica, dell’ottica e della fotonica. Il progetto ha coinvolto ricercatori del Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems IPMS di Dresda e del Fraunhofer Institute for Cell Therapy and Immunology IZI di Lipsia.

Microscopi a scansione laser in sala operatoria

Nel progetto LSC-Onco, gli esperti di Fraunhofer IPMS hanno sviluppato ulteriormente il concetto collaudato di un microscopio a scansione laser, utilizzando uno specchio microscanner prodotto con la tecnologia MEMS (sistemi microelettromeccanici). All’interno del microscopio, lo specchio oscilla a una velocità di diverse migliaia di volte al secondo, dirigendo punto per punto la luce laser blu con una lunghezza d’onda di 488 nanometri sull’intero campo dell’immagine. Lo specchio dirige contemporaneamente la luce fluorescente emessa dal tessuto verso un fotorilevatore altamente sensibile. I segnali del fotorilevatore possono quindi essere utilizzati per costruire un’immagine bidimensionale. Le immagini possono anche essere registrate su piani diversi, in modo che anche le cellule tumorali sotto la superficie diventino visibili. “Ciò significa che, per la prima volta, un microscopio a scansione laser potente e portatile che può essere posizionato proprio accanto al paziente in sala operatoria è una realtà fattibile”, afferma Scholles.

Il nuovo microscopio a scansione laser migliora il rilevamento delle cellule tumorali

Questa immagine fluorescente mostra una sezione del tumore registrata con il microscopio LSC-Onco. L’area verde fluorescente indica le cellule tumorali. Credito: Fraunhofer-Gesellschaft

Marcatori tumorali fluorescenti

Prima che il microscopio possa rilevare le cellule tumorali, le cellule stesse devono prima essere contrassegnate. I ricercatori del Fraunhofer IZI hanno utilizzato la loro esperienza biomedica per sviluppare un liquido fluorescente marcatore tumorale che, in poche parole, fa brillare le cellule tumorali al microscopio. Il team di Fraunhofer IZI ha sviluppato i marcatori da utilizzare sui tumori del cervello e della pelle e sta attualmente studiando se altri tipi di tumori reagiranno in modo simile. L’Helios Hospital di Erfurt ha fornito i campioni di tessuto necessari per lo sviluppo dei marcatori tumorali, con il consenso dei pazienti.

Dopo che il tumore è stato rimosso, il marker tumorale viene applicato al tessuto circostante e il microscopio a scansione laser viene posizionato direttamente sopra la ferita. Quando il raggio laser blu del microscopio incontra cellule sane, la luce riflessa viene bloccata da filtri dicroici, che hanno la capacità di far passare solo lunghezze d’onda specifiche. Di conseguenza, l’immagine sul display del microscopio rimane nera per quelle cellule. Tuttavia, se il laser blu incontra cellule cancerose, il marker tumorale emette un verde fluorescente. Questa luce passa attraverso i filtri dicroici e appare sul display come un punto o una macchia verde. La risoluzione del sistema è così alta che anche singole cellule tumorali possono essere rilevate e visualizzate sul display. “Ci vogliono solo pochi secondi per esaminare il campo operatorio con il microscopio a scansione laser”, afferma Scholles. Facendo riferimento all’immagine sul display, i medici possono rimuovere in modo pulito eventuali cellule tumorali residue (normalmente presenti sul bordo della ferita) nella loro interezza, il tutto senza danneggiare i tessuti sani.

Migliorare le possibilità di guarigione dei pazienti

Rispetto alle pratiche attuali in chirurgia oncologica, LSC-Onco rappresenta un enorme passo avanti. Prima di questo sviluppo, i chirurghi generalmente prelevavano campioni di tessuto dai bordi della ferita dopo la rimozione di un tumore e inviavano questi campioni a un laboratorio ospedaliero. Dopo alcuni minuti di attesa, sarebbe stata fornita una diagnosi per stabilire se le cellule del campione fossero cancerose. In tal caso, il chirurgo dovrebbe quindi tagliare via più tessuto. Questo metodo richiede molto tempo, il che aumenta lo sforzo per il paziente sottoposto all’operazione. “Con LSC-Onco, tutti questi passaggi possono essere eseguiti in una volta sola durante l’operazione e, inoltre, la precisione è molto maggiore. Protegge anche il tessuto circostante, perché puoi vedere esattamente dove inizia il tessuto sano al microscopio E ora, aspettare i risultati dei test di laboratorio è un ricordo del passato”, afferma Scholles, capo di MEOS.

Di conseguenza, le operazioni possono essere completate più velocemente e i pazienti possono essere tolti dall’anestetico. Questa tecnologia migliora anche le possibilità del paziente di un recupero completo e permanente, in quanto garantisce la rimozione pulita di tutte le cellule tumorali. “Abbiamo già ricevuto feedback estremamente positivi dai medici. La richiesta di questa tecnologia è molto alta”, afferma Scholles.


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