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Scienze

MEET ME TONIGHT/ Un laser illumina gli esploratori dei tessuti biologici

L'uso dei laser in campo biomedico: ecco le ultime novità del settore, due strumenti speciali per applicazioni in campo medico. Ne parla in questa intervista ALESSANDRO TORRICELLI

Apparecchiatura laser per diagnosticaApparecchiatura laser per diagnostica

Al Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, che tanta parte ha avuto nell’introduzione e nello sviluppo dei laser in Italia, c’era una tradizione trentennale di applicazione dei laser stessi in campo biomedico; all’inizio erano più studi di caratterizzazione di molecole, poi via via si è esteso il campo alle analisi dei tessuti biologici. Così si è arrivati alle ricerche degli ultimi tempi che si sono tradotte nella realizzazione di due strumenti speciali per applicazioni in campo medico. Questi strumenti saranno presentati al vasto pubblico a Milano durante la prossima “Notte dei Ricercatori” il 26 settembre presso lo stand denominato “Facciamo luce” all’interno dell’evento MeetMeTonight.  

Uno dei protagonisti di queste ricerche, il professor Alessandro Torricelli, anticipa a ilsussidiario.net i principi di funzionamento e gli impieghi di queste nuove apparecchiature. 

Professor Torricelli, quali strumenti presenterete venerdì prossimo al pubblico milanese? 

La prima è un mammografo ottico, utilizzato per la diagnostica del tumore al seno. Caratteristica di questo strumento è che utilizza luce laser nelle lunghezze d’onda del vicino infrarosso: è una radiazione elettromagnetica totalmente non invasiva e quindi le misure sono innocue e possono essere ripetute più volte senza rischi. Sfruttiamo l’abilità della luce a queste lunghezze d’onda di penetrare i tessuti biologici in profondità e di fornire informazioni sui loro costituenti cioè acqua, emoglobina, lipidi e collagene. 

L’altra apparecchiatura?

L’altra macchina sfrutta lo stesso principio, lo stesso tipo di illuminazione, ma l’obbiettivo è di monitorare le variazioni di emoglobina nella corteccia cerebrale. Anche qui la misura è del tutto non invasiva e si ottiene appoggiando delle fibre ottiche sulla testa del paziente mediante delle cuffie. Si misurano le variazioni di emoglobina conseguenti all’attivazione dei neuroni; è il fenomeno detto dell’accoppiamento neuro-vascolare; è lo stesso fenomeno fisiologico che sta alla base della più nota tecnica della Risonanza Magnetica Funzionale: questa utilizza le proprietà magnetiche dell’emoglobina (quella deossigenata che è paramagnetica), la nostra tecnica invece utilizza i differenti spettri di assorbimento dell’emoglobina ossigenata e deossigenata. Sono due modi diversi di analizzare lo stesso fenomeno. Entrambe le strumentazioni sono state sviluppate dal nostro Dipartimento e sono già state utilizzate per studi clinici in alcuni Istituti milanesi. 

Su quale principio si basano?

Sono due i fenomeni fisici principali riguardanti l’interazione della luce con i tessuti biologici: l’assorbimento e la diffusione. Il primo è legato alla presenza nei tessuti delle sostanze che ho indicato prima - l’acqua, l’emoglobina, i lipidi, il collagene – che assorbono la radiazione luminosa. Il secondo è legato alla presenza all’interno del tessuto di diverse strutture e quindi di discontinuità tra le stesse. I due fenomeni, se misurati contemporaneamente, ci danno informazioni sia sulla composizione chimica che su quella strutturale del tessuto esaminato. L’analisi dei due parametri è possibile perché nelle nostre macchine impieghiamo la luce non in regime stazionario ma nella modalità impulsata: abbiamo dei laser che emettono impulsi di luce di durata di qualche decina o centinaia di picosecondi (millimiliardesimo di secondo, ndr). Inoltre utilizziamo delle tecniche di rivelazione sensibili al singolo fotone, che ci permettono di seguire il cammino dei fotoni all’interno dei tessuti; simili tecniche sofisticate consentono di separare il contributo di assorbimento e di diffusione, che concorrono entrambi alla attenuazione della luce nel mezzo. 

Qual è il vantaggio di tecniche e strumenti come questi?