Uno sguardo nelle profondità del cervello

Il funzionamento del nostro cervello continua a lasciarci perplessi. Uno dei motivi è che i processi neuronali a livello di singole cellule e capillari nel cervello possono essere osservati solo con metodi chirurgici altamente invasivi. Questa situazione è ora destinata a cambiare.

I ricercatori guidati da Daniel Razansky, professore di imaging biomedico presso l'Università di Zurigo e l'ETH di Zurigo, hanno sviluppato una tecnica di microscopia a fluorescenza che consente di ottenere immagini ad alta risoluzione del flusso sanguigno nei più piccoli vasi sanguigni del cervello senza dover aprire il cranio o il cuoio capelluto. Il nome della tecnica è Diffuse Optical Localisation Imaging, in breve DOLI.

Secondo Razansky, questo ci porta un grande passo avanti verso un obiettivo a lungo perseguito nelle neuroscienze: "La visualizzazione dei processi biologici nel cervello vivo e intatto è fondamentale per la comprensione delle funzioni cognitive e delle malattie neurodegenerative come l'Alzheimer e il Parkinson", afferma.

Microscopia a fluorescenza migliorata

Quando gli agenti di contrasto fluorescenti presenti nel flusso sanguigno vengono irradiati con luce di una certa lunghezza d'onda, iniziano a brillare. La microscopia a fluorescenza sfrutta questo effetto per visualizzare i processi biologici a livello cellulare e molecolare. Finora, i ricercatori che hanno utilizzato questo metodo su esseri umani o animali hanno incontrato il problema che i tessuti viventi assorbono e disperdono fortemente la luce. Questo non solo faceva apparire le immagini ottenute sfocate, ma rendeva anche impossibile localizzare il mezzo di contrasto nel cervello.

Introducendo nuove tecniche, Razansky e il suo team sono riusciti a migliorare notevolmente questo metodo. "Abbiamo deciso di utilizzare un intervallo spettrale specifico per l'imaging, la cosiddetta seconda finestra dell'infrarosso vicino. Questo ci ha permesso di ridurre notevolmente la dispersione di fondo, l'assorbimento e la fluorescenza intrinseca del tessuto", spiega il professore. Inoltre, il team di ricerca ha utilizzato una telecamera a infrarossi altamente efficiente sviluppata di recente e un nuovo agente di contrasto costituito da punti quantici che fluorescono fortemente nella gamma di infrarossi selezionata.

Immagini ad alta risoluzione del cervello

I ricercatori hanno inizialmente testato la nuova tecnica utilizzando modelli di tessuto sintetico che simulano le proprietà del tessuto cerebrale. Il risultato: la profondità di penetrazione delle immagini era quattro volte maggiore rispetto agli approcci convenzionali di microscopia a fluorescenza. Razansky e il suo team hanno poi iniettato in topi vivi microgocce contenenti punti quantici fluorescenti. Queste gocce hanno potuto essere localizzate individualmente al microscopio.

"Per la prima volta, siamo stati in grado di visualizzare le più piccole strutture vascolari e il flusso sanguigno nelle profondità del cervello del topo in modo nitido e non invasivo", afferma Razansky. I ricercatori dell'ETH e dell'Università di Zurigo hanno anche osservato che le dimensioni delle microgocce riprese dipendono dalla profondità del cervello. Questo effetto produce le immagini tridimensionali della tecnica DOLI.

Rispetto ad altri metodi di imaging biologico, come l'optoacustica, anch'essa sviluppata da Razansky, la tecnica DOLI sfrutta la versatilità e la semplicità dell'imaging in microscopia a fluorescenza. "Abbiamo bisogno solo di una telecamera relativamente economica, senza laser o ottiche sofisticate. Questo rende molto più facile la diffusione nei laboratori", spiega il professore Razansky.

Base per nuove conoscenze

I disturbi neurologici, che vanno dall'epilessia all'ictus fino a vari tipi di demenza, colpiscono fino a un miliardo di persone in tutto il mondo. Di conseguenza, vi è una grande necessità di comprendere meglio le cause biologiche delle malattie neurodegenerative e di altre patologie cerebrali e di riconoscerle precocemente.

Secondo Razansky, la microscopia a fluorescenza migliorata basata sul metodo DOLI costituisce una buona base: "Riteniamo che questa tecnica porterà anche a nuove conoscenze sul funzionamento del cervello e, a lungo termine, a nuove opzioni terapeutiche", ma probabilmente lui e il suo team dovranno osservare i topi pensare ancora per un po' prima che ciò accada.