Dopo decenni di progressi nella microscopia cerebrale, un team di ricercatori del MIT ha sviluppato un sistema innovativo che permette di visualizzare l’attività molecolare nei tessuti cerebrali con una profondità e una precisione senza precedenti. Questo microscopio combina diverse tecnologie avanzate per rilevare, tramite il suono, l’attività metabolica delle singole cellule nel cervello.
La rivoluzione del microscopio multifotonico fotoacustico
A differenza dei metodi tradizionali, il sistema utilizza un’emissione di luce a tre fotoni, ovvero un lampo estremamente breve e intenso con una lunghezza d’onda tripla rispetto alla normale eccitazione. Questa tecnica consente una penetrazione più profonda nei tessuti cerebrali, riducendo la dispersione luminosa, simile all’effetto dei fari fendinebbia come spiega la neuroscienziata Mriganka Sur, tra gli autori principali dello studio pubblicato sulla rivista Light: Science and Applications.
La vera novità è la rilevazione fotoacustica: l’energia assorbita dalle molecole induce una microespansione termica che genera onde sonore, le quali viaggiano più facilmente nei tessuti rispetto alla luce fluorescente. Un microfono ultrasensibile cattura questi suoni, che vengono poi trasformati in immagini ad alta risoluzione grazie a software dedicati, aprendo la strada a un’immagine label-free, ovvero senza dover utilizzare marcatori chimici o genetici.
Stando a Eurekalert, il team ha dimostrato la capacità di rilevare la molecola NAD(P)H, indicatrice del metabolismo cellulare e dell’attività elettrica neuronale, attraverso campioni di tessuti complessi come organoidi cerebrali umani di 1,1 mm di spessore e sezioni di cervello di topo di 0,7 mm. Questi risultati superano di oltre cinque volte la profondità raggiungibile con le tecniche esistenti.
Inoltre, il sistema integra la generazione di terzo armonico, un altro tipo di immagine ottenuta dalla stimolazione a tre fotoni che permette di visualizzare con nitidezza le strutture cellulari, in parallelo con il rilevamento fotoacustico di NAD(P)H. Ciò consente un’analisi simultanea della morfologia e dell’attività metabolica senza alterare i tessuti.
Prospettive cliniche e neuroscientifiche
Quest’innovazione, denominata LF-MP-PAM (label free, multiphoton, photoacoustic microscopy), apre scenari promettenti in ambito medico e di ricerca. La possibilità di osservare il metabolismo cellulare senza dover ricorrere a marcatori esterni rende questa tecnologia particolarmente interessante per studi sul cervello umano, anche durante interventi chirurgici.
La molecola NAD(P)H, infatti, varia in patologie come Alzheimer, sindrome di Rett e epilessia, configurandosi come un potenziale biomarcatore per diagnosticare e monitorare queste condizioni. Inoltre, grazie alla sua natura non invasiva, il sistema potrebbe facilitare diagnosi e trattamenti più precisi.
Il prossimo obiettivo della squadra MIT è testare il microscopio su cervelli viventi, un passo tecnico importante dato che il microfono dovrà essere posizionato dallo stesso lato della sorgente luminosa. I ricercatori sono fiduciosi di poter raggiungere una profondità di imaging di 2 mm in vivo, un traguardo che aprirebbe nuovi orizzonti nella comprensione e cura delle malattie cerebrali.
