Una nuova tecnologia sviluppata dai ricercatori del Consiglio nazionale delle ricerche promette di rivoluzionare la diagnosi precoce dei tumori. Si chiama Polarization-Sensitive HoloTomography (PS-HT) e sfrutta una proprietà ottica particolare delle cellule, la birifrangenza, per distinguere in modo rapido e accurato quelle sane da quelle tumorali. La novità è che il metodo è completamente non invasivo e non richiede coloranti o marcatori chimici.
Ma come può la luce diventare uno strumento per svelare la presenza del cancro?
Che cos’è la birifrangenza e perché è importante?
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La birifrangenza è una proprietà ottica che alcuni materiali possiedono e che li porta a modificare il percorso e la velocità della luce che li attraversa. In biologia cellulare, questa caratteristica si osserva soprattutto nelle gocce lipidiche, piccoli depositi di grasso accumulati all’interno delle cellule.
Le cellule tumorali, per alimentare la loro crescita veloce, consumano molto glucosio e accumulano lipidi sotto forma di gocce. Queste gocce diventano quindi veri e propri biomarcatori metabolici, e la birifrangenza permette di riconoscerle chiaramente rispetto ad altre strutture intracellulari.
La PS-HT sfrutta proprio questa proprietà: combinando l’imaging olografico tridimensionale con la sensibilità alla polarizzazione, riesce a visualizzare in modo distinto le gocce lipidiche e a fornire informazioni sulla loro distribuzione e organizzazione.
Birifrangenza: come funziona la Polarization-Sensitive HoloTomography?
La tecnica PS-HT è definita label-free perché non richiede l’uso di coloranti o agenti esterni. Questo è un vantaggio enorme rispetto alle metodiche tradizionali, che spesso necessitano di trattamenti invasivi e rischiano di alterare i campioni osservati.
Il principio di base consiste nel far passare un fascio di luce attraverso la cellula e registrare come questa interagisce con la sua struttura interna. La luce viene poi ricostruita in immagini tridimensionali, in cui la birifrangenza delle gocce lipidiche risalta chiaramente.
In questo modo i ricercatori possono distinguere una cellula tumorale da una sana non solo in base alla forma, ma anche in base a parametri biofisici come volume, massa e organizzazione molecolare.
Birifrangenza: perché è utile per la diagnosi precoce dei tumori?
Una delle sfide più difficili in oncologia è identificare il tumore nelle sue fasi iniziali, quando le cellule malate sono poche e i sintomi non sono ancora visibili.
La PS-HT consente di osservare differenze metaboliche e strutturali con grande precisione, fornendo così un potenziale strumento per riconoscere precocemente le cellule tumorali. La capacità di analizzare campioni senza trattamenti invasivi apre inoltre la strada a diagnosi più rapide e meno costose.
Secondo Hossein Khadem, primo autore dello studio, l’accuratezza della tecnica nello distinguere cellule sane e tumorali è prossima al cento per cento.
Birifrangenza: chi ha condotto la ricerca?
Il lavoro è frutto di una collaborazione tra due istituti del Cnr di Napoli: l’Istituto per gli endotipi in oncologia, metabolismo e immunologia (Cnr-Ieomi) e l’Istituto di scienze applicate e sistemi intelligenti (Cnr-Isasi).
Il progetto è stato coordinato da Anna Chiara De Luca per il Cnr-Ieomi e da Giuseppe Coppola per il Cnr-Isasi. Tra i ricercatori coinvolti figurano Maria Antonietta Ferrara, che ha sottolineato l’importanza della birifrangenza come novità assoluta nello studio, e Maria Mangini, che ha evidenziato il vantaggio di poter osservare le cellule in condizioni molto vicine alla realtà biologica.
Qual è il ruolo del progetto SEE LIFE e di Euro-BioImaging?
Lo sviluppo della PS-HT è avvenuto nell’ambito del progetto PNRR SEE LIFE, finanziato con fondi del Piano nazionale di ripresa e resilienza. La ricerca si è svolta all’interno della facility Euro-BioImaging, un’infrastruttura europea avanzata dedicata alle tecniche di bioimaging.
Questo contesto ha permesso ai ricercatori italiani di lavorare con strumenti all’avanguardia e di validare la metodologia in modo rigoroso. La sinergia tra ottica avanzata e biologia dei tumori è stata decisiva per ottenere un risultato di grande impatto scientifico.
Quali vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali?
Le tecniche tradizionali di osservazione cellulare si basano sull’indice di rifrazione o sull’uso di marcatori fluorescenti. Entrambi i metodi presentano limiti: il primo non è sempre affidabile per distinguere strutture simili, il secondo comporta il rischio di modificare le cellule e richiede tempi lunghi di preparazione.
La PS-HT supera questi ostacoli perché utilizza una proprietà intrinseca delle cellule, senza introdurre agenti esterni. Questo riduce i margini di errore e consente analisi più veloci e fedeli alla realtà biologica.
Quali sono le possibili applicazioni cliniche?
Oltre alla ricerca di base sul metabolismo cellulare, la PS-HT potrebbe trovare applicazioni dirette in ambito clinico. Potrebbe essere usata per lo screening precoce di pazienti a rischio, per monitorare l’evoluzione delle terapie o per valutare la risposta dei tumori ai farmaci.
La possibilità di ottenere informazioni morfologiche, biofisiche e strutturali in un’unica analisi rappresenta un vantaggio importante. Potrebbe aprire la strada a una diagnosi personalizzata, capace di adattarsi alle caratteristiche specifiche del tumore di ciascun paziente.
Una tabella per chiarire i punti chiave della PS-HT
| Caratteristica | Tecniche tradizionali | PS-HT |
|---|---|---|
| Necessità di coloranti | Sì | No |
| Tipo di informazioni | Indice di rifrazione o fluorescenza | Morfologiche, biofisiche e strutturali |
| Accuratezza nella distinzione cellule sane/tumorali | Limitata | Quasi totale |
| Invasività | Media | Nessuna |
| Applicazioni | Ricerca, diagnosi tardiva | Diagnosi precoce, monitoraggio terapie |
Cosa significa per la ricerca sul cancro?
Il cancro è una malattia complessa, caratterizzata da un metabolismo alterato e da una crescita incontrollata delle cellule. Capire come le cellule tumorali accumulano energia e lipidi è fondamentale per sviluppare nuove terapie.
La PS-HT offre uno strumento innovativo per osservare questi processi in tempo reale, senza distorsioni dovute a trattamenti invasivi. Questo può portare a una comprensione più profonda delle dinamiche tumorali e all’identificazione di nuovi bersagli terapeutici.
Quali sono le prospettive future?
I ricercatori sottolineano che siamo solo all’inizio. La tecnologia dovrà essere validata su un numero più ampio di campioni e integrata in protocolli clinici. Serviranno collaborazioni con ospedali e centri oncologici per testarne l’efficacia su pazienti reali.
Tuttavia, i risultati già ottenuti mostrano che la PS-HT ha il potenziale per diventare uno strumento di routine nella diagnostica oncologica del futuro.
FAQ
Che cos’è la birifrangenza?
È una proprietà ottica di alcuni materiali che modificano il percorso della luce. Nelle cellule tumorali riguarda soprattutto le gocce lipidiche.
Che cosa distingue la PS-HT dalle altre tecniche?
È label-free, non invasiva e fornisce informazioni morfologiche e strutturali insieme.
Può essere usata subito negli ospedali?
Non ancora. Servono ulteriori validazioni cliniche, ma le prospettive sono molto promettenti.
Perché è utile per la diagnosi precoce?
Perché riconosce con grande precisione differenze metaboliche tra cellule sane e tumorali, anche in fasi molto iniziali.
Chi ha condotto la ricerca?
Due istituti del Cnr di Napoli, il Cnr-Ieomi e il Cnr-Isasi, con pubblicazione sulla rivista Advanced Science.