Zapping di singole cellule cancerose

Gli ingegneri dell'Università del Texas ad Austin hanno brevettato un microbisturi laser che consente a un chirurgo di operare su un tessuto una cellula alla volta, mirando con precisione alla malattia lasciando in vita le cellule sane circostanti.

assassino laser: Adela Ben-Yakar (in alto), inventore di una nuova microsonda laser ad alta risoluzione, al lavoro nel suo laboratorio dell'Università del Texas ad Austin. Un'immagine presa con la microsonda mostra una cellula di cancro al seno incorporata nel collagene, prima (al centro) e dopo (in basso) che viene distrutta dalla sonda.

Il dispositivo combina due tecnologie, un laser a femtosecondi e una microscopia a fluorescenza a due fotoni, in un'unica sonda flessibile miniaturizzata. La sonda può mirare a singole cellule nello spazio tridimensionale, penetrando fino a 250 micrometri nel tessuto.

La sonda potrebbe essere un progresso significativo per la chirurgia endoscopica che richiede un'elevata precisione, come distruggere le cellule tumorali sparse nel tessuto cerebrale o operare su tessuti delicati come le corde vocali senza danneggiarle, afferma Adela Ben-Yakar , un assistente professore di ingegneria meccanica presso l'Università del Texas ad Austin. Ben-Yakar ha sviluppato la microsonda insieme al professore associato della Stanford University Olav Solgaard e a Chris Hoy, uno studente laureato nel laboratorio di Ben-Yakar. La ricerca è stata pubblicata nel numero del 23 giugno di Ottica Express .

Strumenti laser piccoli e flessibili vengono spesso utilizzati nella chirurgia endoscopica per vaporizzare i tessuti indesiderati. Ma sebbene offrano una precisione maggiore rispetto ai bisturi convenzionali, gli strumenti laser esistenti tendono a generare molto calore, causando danni nelle aree circostanti il ​​tessuto mirato. La tecnologia attuale sta davvero distruggendo tutto, causando ingenti danni, afferma Ben-Yakar.

Al contrario, i laser a femtosecondi utilizzano meno energia rispetto agli strumenti laser chirurgici convenzionali e quindi generano meno calore nei tessuti circostanti. Poiché sono in grado di distruggere le cellule mirate senza causare danni al di fuori dell'area bersaglio, stanno iniziando ad essere utilizzate per interventi chirurgici che richiedono grande precisione: dal 2003, gli oftalmologi utilizzano strumenti di microscopio laser a femtosecondi per eseguire chirurgia oculare . Ma i laser da tavolo attualmente in uso medico sono ingombranti, quindi il loro uso è limitato alle aree superficiali del corpo, come la pelle o gli occhi.

Allo stesso modo, la microscopia a fluorescenza a due fotoni ha trovato applicazioni anche in medicina e nell'imaging biomedico come un modo per ottenere immagini tridimensionali di piccole strutture. Ma fino ad ora, nessuno l'ha combinato con un laser a femtosecondi in un dispositivo abbastanza piccolo e flessibile per la chirurgia endoscopica.

Ben-Yakar e i suoi colleghi sono stati in grado di combinare i due in una sonda portatile utilizzando fibre ottiche cave flessibili per trasmettere la luce laser, consentendo potenzialmente ai chirurghi di portare i benefici della chirurgia laser a femtosecondi alle strutture profonde all'interno del corpo. Puoi fare un intervento chirurgico su singole cellule senza danneggiare le cellule sane circostanti, dice. La guarigione sarà molto più rapida e la rimozione del tessuto sarà più precisa.

Poiché la stessa sonda viene utilizzata per entrambe le cellule immagine e per distruggerle, è possibile identificare e trattare contemporaneamente il tessuto malato. La microsonda è controllata da un software di imaging, che consente ai chirurghi di mirare a singole cellule o utilizzare algoritmi in grado di rilevare al volo le cellule malate e distruggerle automaticamente. Attualmente, la microsonda laser è ancora uno strumento sperimentale. I suoi inventori lo hanno utilizzato per eseguire interventi chirurgici su cellule tumorali cresciute in tessuti bioingegnerizzati in laboratorio, ma il dispositivo non è ancora stato utilizzato su animali o esseri umani.

Un problema che resta da risolvere prima che il dispositivo possa essere utilizzato sui pazienti è ridurre la larghezza della sonda da 15 a 5 millimetri, la dimensione degli strumenti standard utilizzati nella chirurgia endoscopica, in modo che sia compatibile con la tecnologia chirurgica esistente. Se vuoi essere compatibile con i sistemi esistenti, devi ridurne le dimensioni, dice Ben-Yakar. Ma quando la rimpicciolisci, la sonda, l'ottica sarà più difficile. Sarà difficile mantenere l'attuale risoluzione. Questo è il prossimo passo.

Rox Anderson , professore di dermatologia e direttore del Wellman Center for Photomedicine presso il Massachusetts General Hospital , definisce lo sviluppo della microsonda un passo importante … verso l'ampia opportunità di integrare opzioni diagnostiche e terapeutiche nella biomedicina.

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