Permette di vedere dal vivo e senza asportazione chirurgica tessuti all’interno del corpo e strutture che non sarebbero riconoscibili se non dopo rimozione e analisi in laboratorio.

 

 

In certe procedure mediche, come la verifica della presenza di tumore tramite l’esame istologico, tutto sarebbe più veloce, meno invasivo e farebbe guadagnare tempo a pazienti e chirurghi se ci fosse un modo per avere un risultato saltando la biopsia.

E un metodo in questa direzione sembra averlo trovato ‎un team della Columbia, che ha sviluppato una tecnologia che potrebbe sostituire le biopsie convenzionali e l’istologia con l’imaging in tempo reale all’interno del corpo, dal vivo.

Descritto in un nuovo articolo pubblicato ‎‎su Nature Biomedical Engineering‎‎, MediSCAPE è un microscopio 3D ad alta velocità in grado di catturare immagini di strutture tissutali che potrebbero guidare i chirurghi a navigare tra i tumori e i loro confini senza dover rimuovere i tessuti e attendere i risultati dell’esame istologico.‎

‎Per molte ‎‎procedure mediche‎‎, in particolare la chirurgia e lo screening del cancro, è comune per i medici fare una biopsia, tagliando piccoli pezzi di ‎‎tessuto‎‎ per essere in grado di guardarli più da vicino con un microscopio.

“Il modo in cui i ‎‎campioni di biopsia‎‎ vengono elaborati non è cambiato in 100 anni: tagliati, fissati, incorporati, affettati, tinti con coloranti, posizionati su un vetrino e visualizzati da un patologo usando un semplice microscopio. Questo è il motivo per cui possono essere necessari giorni per ricevere le notizie sulla diagnosi dopo una biopsia”, afferma Elizabeth Hillman, professore di ingegneria biomedica e radiologia presso la Columbia University e autore senior dello studio.‎

‎Il gruppo di Hillman sognava un’alternativa audace, chiedendosi se potevano catturare immagini del tessuto mentre è ancora all’interno del corpo. “Una tale tecnologia potrebbe dare a un medico un feedback in ‎‎tempo reale‎‎ su quale tipo di tessuto stanno guardando senza la lunga attesa”, spiega. “Questa risposta immediata consentirebbe loro di prendere decisioni sul modo migliore per eliminare un tumore e garantire che non ne rimanga indietro nessuno”. ‎

‎Un altro grande vantaggio dell’approccio è che tagliare il tessuto, solo per capire di cosa si tratta, è una decisione difficile per i medici, specialmente per i tessuti preziosi come il cervello, il midollo spinale, i nervi, l’occhio e le aree del viso. Ciò significa che i medici possono perdere importanti aree di malattia.

‎Sebbene alcuni microscopi per la guida chirurgica siano già disponibili, forniscono ai medici solo l’immagine di un piccolo piano 2D singolo, rendendo difficile esaminare rapidamente aree più grandi di tessuto e interpretare i risultati. Questi microscopi richiedono anche generalmente un ‎‎colorante fluorescente da iniettare‎‎ nel paziente, che richiede tempo e può limitare il loro uso per determinati pazienti.‎

‎Negli ultimi dieci anni, Hillman, che è anche professore presso lo Zuckerman Mind Brain Behavior Institute della Columbia, ha sviluppato nuovi tipi di microscopi per la ricerca neuroscientifica in grado di catturare immagini 3D molto veloci di campioni viventi come piccoli vermi, pesci e mosche per vedere come i neuroni in tutto il loro cervello e corpo si attivano quando si muovono.

Il team ha deciso di testare se la loro tecnologia, chiamata SCAPE, potesse vedere qualcosa di utile nei tessuti di altre parti del corpo.‎

‎”Uno dei primi tessuti che abbiamo esaminato era il rene ddi topi, e siamo rimasti sbalorditi nel vedere strutture meravigliose che assomigliavano molto a quelle che si ottengono con l’istologia standard”, afferma Kripa Patel, un dottorando di ricerca presso il laboratorio Hillman e autore principale dello studio.

“Ancora più importante, non abbiamo aggiunto coloranti al topo: tutto ciò che abbiamo visto era fluorescenza naturale nel tessuto che di solito è troppo debole per essere osservato. Il nostro microscopio è così efficiente che abbiamo potuto vedere bene questi segnali deboli, mentre ottenevamo immagini di interi volumi 3D a velocità abbastanza elevate, scansionando diverse aree del tessuto come se stessimo tenendo in mano una torcia elettrica”.‎

‎‎”Questo era qualcosa che non mi aspettavo, potevo effettivamente guardare le strutture in 3D da diverse angolazioni”, afferma la collaboratrice Dr. Shana Coley, patologa renale presso il Columbia University Medical Center che ha collaborato strettamente allo studio.

“Abbiamo trovato molti esempi in cui non saremmo stati in grado di identificare una struttura da una sezione 2D su una diapositiva istologica, ma in 3D potevamo vedere chiaramente la sua forma. In particolare nella patologia renale, dove lavoriamo abitualmente con quantità molto limitate di tessuto, più informazioni possiamo ricavare dal campione, meglio è per fornire una cura più efficace del paziente”.‎

‎Il team ha dimostrato il potere di MediSCAPE per una vasta gamma di applicazioni, dall’analisi del cancro del pancreas in un topo, alla valutazione rapida e non distruttiva di organi trapiantati umani come i reni. Coley ha aiutato il team a ottenere campioni freschi dai reni umani per dimostrare che MediSCAPE poteva vedere segni rivelatori di malattie renali che corrispondevano bene alle immagini istologiche convenzionali. ‎

‎Il team si è anche reso conto che osservando i tessuti vivi nel corpo, potrebbero ottenere ancora più informazioni rispetto alle biopsie su campioni asportati e senza vita. Hanno scoperto che potevano effettivamente visualizzare il flusso sanguigno attraverso i tessuti e vedere gli effetti a livello cellulare dell’ischemia e della riperfusione (tagliando l’afflusso di sangue al rene e poi lasciandolo fluire di nuovo). ‎

‎”Capire se i tessuti rimangono sani e ottengono un buon apporto di sangue durante le procedure chirurgiche è davvero importante”, afferma Hillman. “Ci siamo anche resi conto che se non dobbiamo rimuovere (e uccidere) i tessuti per guardarli, possiamo trovare molti più usi per MediSCAPE, anche per rispondere a semplici domande come ‘che tessuto è questo?’ o per navigare intorno a nervi preziosi. Entrambe queste applicazioni sono molto importanti per gli interventi chirurgici robotici e laparoscopici in cui i chirurghi sono più limitati nella loro capacità di identificare e interagire direttamente con i tessuti”. ‎

‎Un passo finale fondamentale per il team è stato quello di ridurre il grande formato dei microscopi SCAPE standard nel laboratorio di Hillman a qualcosa che si adattasse a una sala operatoria e potesse essere utilizzato da un chirurgo nel corpo umano. Il borsista post-dottorato Wenxuan Liang ha lavorato con il team per sviluppare una versione più piccola del sistema.

Il dottorando Malte Casper ha contribuito ad acquisire la prima dimostrazione del team di MediSCAPE in un essere umano vivente, raccogliendo immagini di una serie di tessuti dentro e intorno alla bocca. Questi risultati includevano immagini rapide mentre un volontario leccava letteralmente l’estremità della sonda di imaging, producendo viste 3D dettagliate delle papille della lingua.‎

‎Desideroso di portare questa tecnologia al livello successivo con uno studio clinico più ampio, il team sta attualmente lavorando alla commercializzazione e all’approvazione della FDA. Hillman aggiunge: “Siamo così stupiti di vedere cosa rivela MediSCAPE ogni volta che lo usiamo su un nuovo tessuto, e soprattutto che non abbiamo quasi mai avuto bisogno di aggiungere coloranti per vedere strutture che i patologi possono riconoscere”. ‎

‎Hillman e il suo team sperano che MediSCAPE renderà l’istologia standard un ricordo del passato, mettendo il potere dell’istologia in tempo reale e del processo decisionale nelle mani del chirurgo.‎

Foto crediti: Envato Elelents (ove non diversamente specificato)

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