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Il progetto VIBRA: il microscopio basato sulla vibrazione diventa uno strumento di diagnosi oncologica

Ottobre 2020: al Politecnico di Milano si conclude uno dei progetti più innovativi nel campo dell’ingegneria biomedica. Il team di VIBRA progetta un microscopio, amico della diagnostica oncologica.

La spettroscopia Raman coerente è alla base di questo nuovo strumento: i tumori vengono identificati da una semplice vibrazione, caratteristica e significativa. Il progetto supera di gran lunga la diagnostica basata sull’osservazione del patologo in laboratorio.

Metodo tradizionale per l’individuazione e diagnosi dei tumori: l’anatomia patologica

Spesso ci troviamo di fronte immagini di vetrini con colori molto forti, che quasi escano dal preparato stesso. Questi si alternano tra loro nella superficie e rappresentano le diverse strutture cellulari di ciò che stiamo osservando.

L’anatomia patologica è una branca della medicina che si occupa di analizzare questi preparati e infine identificare i principali tumori nonché anche alcune malattie epatiche, autoimmuni o di più vasta gamma.
La biopsia, ad esempio, appartiene a questo campo e si basa sulla prelevazione di una porzione di tessuto dall’individuo e processata e studiata in laboratorio.

Le  indagini principali svolte dall’anatomia patologica spaziano in due campi : l’istopatologia e la citopatologia.

La seconda è molto intuitiva, il prefisso cito si riferisce all’unità fondamentale e vitale del nostro organismo ovvero la cellula. Si va quindi a osservare e studiare gli organelli o strutture sovramolecolari dell’origine della vita.

L’istopatologia, invece, pone una lente con ingrandimento minore rispetto alla citopatologia: i tessuti vengono analizzati nella loro forma, dimensione e contenuto.
Una delle tecniche più antiche e classiche di questa categoria è la colorazione con ematossilina-eosina.

Questa individua le strutture cariche negativamente come acidi nucleici o proteine di membrana con il colore violetto (ematossilina) mentre quelle cariche positivamente (proteine cellulari) con il color rosso rosato (eosina).

L’immunoistochimica, invece, molto più recente, è diffusa in questi ultimi anni. Consiste nell’utilizzare anticorpi ovvero sostanze molto care al nostro sistema immunitario che sono in grado di legarsi a particolari strutture cellulari in vitro rendendole ancora più visibili.

La patologia clinica, infine, va a braccetto con la genetica molecolare. Nel corso del tempo sono sempre nate e state affinate nuove metodologie come la FISH. Questa consiste nell’utilizzare delle sonde molecolari capaci di legarsi a tratti specifici del nostro genoma e mostrarne la natura stessa.

L’impiego è principalmente nella mappatura dei cromosomi, un’istantanea delle 23 coppie che evidenzia eventuali anomalie o mutazioni. Con questa, ad esempio, si possono diagnosticare la sindrome di Down o di Klinefelter (XXY).

Cosa c’è dietro il funzionamento del microscopio ottico VIBRA

Il progetto VIBRA nasce da una collaborazione tra il Politecnico di Milano e il Consiglio Europeo di Ricerca con lo scopo di creare un microscopio di nuova generazione capace di distinguere rapidamente il contenuto chimico di un sistema biologico usando la tecnica CRS (Coherent Raman Scattering).

Quest’ultima si basa sull’utilizzo di una sorgente laser che, emanando radiazioni elettromagnetiche monocromatiche, interagisce con gli elettroni delle molecole che costituiscono la materia che si sta analizzando.

Questa interazione genera una risposta univoca per ogni tipo di molecola perché ognuna è caratterizzata da un differente andamento oscillatorio, chiamato spettro vibrazionale. Dallo studio di questo spettro si può quindi risalire alla struttura caratterizzante della materia che l’ha generato e identificarla con precisione.

La produzione di questo microscopio consentirebbe di ottenere uno strumento in grado di visualizzare in tempo reale la distribuzione spaziale e la concentrazione di diverse specie chimiche conosciute. La sua applicazione nell’ambito della diagnostica medica risulterebbe preziosa per l’analisi delle proprietà funzionali di cellule e tessuti in vivo.

In ambito oncologico, garantirebbe di identificare i diversi tumori con maggiore accuratezza e riproducibilità dei metodi attualmente in uso e consentirebbe di tracciarne con precisione il confine all’interno dell’organismo vivente. Questo strumento porrebbe le basi per la istopatologia virtuale, ossia la valutazione non invasiva e in tempo reale di un tessuto cancerogeno.

La tecnica del ”suono” è presente anche tra i nostri antenati

Il progetto VIBRA non è il primo arrivato: la teoria della ‘’vibrazione’’ di cellule e tessuti è presente già da ben 300 anni.

Ernst Chladni ha teorizzato la vibrazione come ‘’strumento’’ che influenza la materia.

Andando ancora più indietro nel tempo, le tesi di Pitagora si avvalsero della musica come geometria delle forme.

Si arriva al ventesimo secolo in cui Fabien Maman, un ricercatore molto noto, ritiene che cellule sane e tumorali trasmettano un suono differente l’un l’altra.

Queste tecniche, ai limiti della medicina tradizionale, hanno un fondo di verità ma mancano ancora di una verità totalmente scientifica. È questo che il progetto VIBRA pone come obiettivo: progettazione e produzione di uno strumento, il microscopio VIBRA, che dia validità scientifica a ogni preparato che si trova ad analizzare.

Scienza e realtà coincidono, per una volta.

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