la Repubblica, 1 maggio 2019
I microscopi ottici ci salveranno la vita
L’infinitamente piccolo non è mai stato così visibile, grazie ai nuovi supermicroscopi ottici che possono scrutare le molecole in azione, alcuni fino al dettaglio del singolo atomo, in modo rapido, tanto da poter produrre video che mostrano in tempo reale l’attività della materia vivente. Promettendo a ricercatori e medici nuovi poteri di previsione sull’andamento delle malattie, con più possibilità di diagnosi precoci suggerite dai dettagli nascosti tra micron e nanometri. «Oggi è in atto una rivoluzione della biologia perché per la prima volta possiamo studiare in estremo dettaglio i processi molecolari delle cellule” in vivo”, invece che soltanto su un vetrino o in situazioni artificiali come le fettine di tessuto metallizzate e bombardate dagli elettroni dei microscopi elettronici. E siccome tutte le malattie sono, in fondo, causate da malfunzionamenti molecolari, la possibilità di studiarli come mai prima è preziosa», spiega Giuseppe Vicidomini, responsabile del laboratorio di microscopia molecolare dell’Istituto Italiano di Tecnologia ( IIT). «Ad esempio ora stiamo lavorando ad un progetto per applicare le tecniche di super risoluzione ottica allo studio molecolare dell’autismo».
SENSORI CON 25 OCCHI
Per questo Vicidomini ha sviluppato un microscopio che scruta, con una risoluzione al milionesimo di millimetro, l’attività delle molecole biologiche grazie a un sensore con 25” occhi”. «Ognuno di questi, con lo stesso principio usato dalle auto a guida autonoma per rilevare ostacoli sulla strada, misura il tempo di arrivo dei fotoni che, emessi dal microscopio, rimbalzano sull’oggetto osservato», spiega Vicidomini. «Così possiamo capire in tempo reale una cosa nuova: come si muovono le molecole e come reagiscono tra loro». Queste nuove possibilità di indagine minuziosa su come interagiscono le più piccole componenti delle cellule aiuteranno ricerche sempre più cruciali come quelle dell’immunoterapia anticancro, dove bisogna studiare il modo di scatenare contro i tumori, in modo mirato, le armi chimiche del nostro sistema immunitario. E per farlo è necessario osservare, con i nuovi supermicroscopi ottici, le molecole viventi mentre sono in azione, e non immobilizzate artificialmente come richiederebbe invece il microscopio elettronico. Il sensore ideato da Vicidomini, sarà il cuore del microscopio Prism, il primo prodotto dalla nuova startup Genoa Instruments, nata due settimane fa come spinoff dell’IIT. «In Italia sono state coniate sia la parola” microscopio”, riferita a quello di Galileo, che “super risoluzione ottica”, immaginata negli anni ‘ 40 dal fisico Giuliano Toraldo di Francia. Eppure, nonostante questa tradizione illustre, oggi non abbiamo aziende che inventano nuovi microscopi: abbiamo voluto ovviare a questa lacuna» spiega il cofondatore Alberto Diaspro, coordinatore del laboratorio di nanofisica dell’IIT. «Prism introduce un’altra innovazione, importante per l’oncologia: la capacità di distinguere in tempo reale, a seconda dell’intensità della durata – cogliendo differenze fino al miliardesimo di secondo – del segnale fluorescente che possiamo associare agli oggetti osservati, se una cellula è normale, tumorale o in fase pre- neoplastica. Così da poter intervenire in tempo utile. L’evoluzione di queste tecniche farà sì che un domani un chirurgo, indossando degli occhiali che gli permettono di vedere lo stato delle molecole nella zona che sta operando, potrà capire all’istante, senza bisogno diperdere 30 minuti preziosi per ottenere una biopsia, se proseguire con l’operazione, amputare o fare altre scelte».
Sta proprio nella crescente capacità di evidenziare dettagli rivelatori l’evoluzione della microscopia ottica. «Il paradigma del futuro sarà quello che chiamiamo” microscopia multimessaggera”. La spiego con un esempio: se il suo medico le prescrive una radiografia, una risonanza magnetica e una termografia, lei le porterà queste tre immagini e lui farà la sua diagnosi osservando queste tre informazioni eterogenee. Con la microscopia multimessaggera è come se producessimo una quarta immagine, e in ogni punto di questa immagine mischiamo, grazie a un algoritmo di intelligenza artificiale, le informazioni provenienti dalle prime tre immagini. Il risultato, la quarta immagine, è una specie di” realtà aumentata” che mette in risalto i soli particolari preziosi per la diagnosi» spiega Diaspro. «Così il medico può scoprire cose che altrimenti rimarrebbero nascoste e fare previsioni: ad esempio il microscopio può evidenziare una tendenza del Dna a compattarsi nel nucleo di una cellula che può voler dire che, tra qualche generazione di divisioni cellulari, quella cellula diventerà cancerosa». La microscopia ottica oggi offre molto di più di una mera fotografia, sia pur dettagliatissima, di come sono disposte e organizzate le molecole del vivente.
Un altro esempio è il nuovo microscopio realizzato da Giuliano Scarcelli, docente di bioingegneria all’Università del Maryland: può rendere ancora più precisa la chirurgia laser dell’occhio e può misurare la densità delle cellule, qualità correlata alla probabilità di sviluppare tumori, in qualsiasi punto del corpo perché sa misurare l’indice di rifrazione, ovvero il rallentamento che la luce ha all’interno dei materiali, semplicemente colpendoli con un raggio luminoso. «Oggi per la chirurgia Lasik non si misura il vero indice di rifrazione della cornea, ma ci si basa su approssimazioni statistiche, perché non si può accedere con un microscopio al retro dell’occhio», spiega Scarcelli. «E per quanto il Lasik abbia molto successo, c’è sempre un piccolo errore rispetto a ciò che si vorrebbe ottenere. Col nostro sistema possiamo eliminarlo. E forse un domani non sarà più necessario tagliare pezzettini di cornea».
LO SMARTPHONE SI TRASFORMA
Non è a super risoluzione, ma è sempre un vanto della ricerca ottica italiana, il sistema da 100 euro per trasformare lo smartphone in un microscopio da laboratorio, che la startup SmartMicroOptics lancerà a giugno: «Si chiama” Diple": è una piastra su cui si può appoggiare lo smartphone per vedere fino a 1000 ingrandimenti. Permette di osservare batteri e organelli cellulari in un dispositivo che, a differenza dei normali microscopi, è facile da portare con sé sul campo», spiega Andrea Antonini, CEO della startup. «Con Diple si possono cercare parassiti nel sangue come quello della malaria: per questo ci è stato già chiesto dal reparto malattie tropicali dell’Ospedale Sacco di Milano. E Medici senza Frontiere lo sta valutando».
Il microscopio tascabile è stato lanciato da Antonini due anni fa, Blips è invece già un successo nelle scuole: «È una lente su un foglio adesivo da applicare allo smartphone: la sua robustezza fa sì che gli insegnanti non temano di affidarlo ai bambini come farebbero con i costosi obiettivi di un microscopio classico». E i piccoli scienziati crescono.