Il professor Kim Moonseok della Catholic University of Korea e il professor CHOI Myunghwan della Seoul National University, hanno sviluppato un nuovo tipo di microscopio olografico. Secondo i risultati, è possibile “vedere attraverso” il cranio, intatto. Le prime immagini di un cervello in 3D ad alta risoluzione sono quelle di un topo.

Per esaminare le caratteristiche interne di un organismo vivente utilizzando la luce è necessario fornire una quantità sufficiente di energia luminosa e misurare accuratamente il segnale che viene riflesso dal tessuto bersaglio. I tessuti organici sono però organizzati in trame piuttosto intricate: quando la luce colpisce le cellule, si verificano molteplici effetti di diffusione e distorsione che rendono difficile ottenere immagini nitide. È essenziale dunque scoraggiare la dispersione continua di luce e correggere la “distorsione del fronte d’onda”. Per ottenere questo risultato bisogna procedere per sottrazione: rimuovere le onde a diffusione multipla e aumentare il rapporto delle onde a diffusione singola, che è quello che riesce a fare il microscopio olografico.

Il caso del topo

Già nel 2019 furono registrati i primi risultati positivi a seguito dell’applicazione del microscopio olografico: venne testato dallo stesso gruppo di ricerca per osservare la rete neurale di pesci vivi, senza dover ricorrere ad interventi di rimozione chirurgica del cranio.

Quindi, si è passati alla fase successiva dello studio, provando ad esaminare questa nuova tecnologia su un cervello di mammifero, un topo appunto.

I roditori però hanno la scatola cranica più spessa e per questo, ai tempi, non è stato possibile ottenere un’immagine neurale del cervello senza rimuovere chirurgicamente o assottigliare il cranio, a causa della grave distorsione della luce e della dispersione multipla che si è verificata nel momento in cui la luce ha attraversato la struttura ossea del cervello del topo.

Sviluppi della ricerca

Dopo tre anni, a fine luglio 2022, il gruppo di ricerca ha comunicato che è riuscito ad analizzare quantitativamente l’interazione tra luce e materia, migliorando ulteriormente il loro precedente microscopio. In questo recente studio, hanno riferito di aver sviluppato con successo un microscopio olografico tridimensionale a super profondità che consente di osservare i tessuti a una profondità, appunto, “mai vista prima”.

Questo è stato possibile grazie allo sviluppo di un algoritmo e qualche operazione matematica, frutto di tre anni di studi e perfezionamento. Il gruppo, che non si è dato per vinto, ha continuato la dimostrazione di questa nuova tecnologia osservando nuovamente il cervello di un topo.

Il microscopio è stato in grado di correggere la distorsione del fronte d’onda anche a una profondità prima impossibile con la tecnologia esistente. Il nuovo microscopio è riuscito a ottenere un’immagine ad alta risoluzione della rete neurale del cervello dell’animale. Tutto ciò è stato ottenuto nella lunghezza d’onda visibile e, soprattutto, senza rimuovere il cranio del topo.

Questi importanti risultati aprono sicuramente nuove strade in materia di diagnostica per immagini, guardando al futuro della medicina con esami sempre meno invasivi. La ricerca è stata pubblicata nell’edizione online della rivista Science Advances

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