Innovazioni nel campo della scansione per realizzare diagnosi più accurate
La risonanza magnetica per immagini (RMI) è una tecnica molto diffusa impiegata per acquisire immagini degli organi interni e dei sistemi biologici dell’organismo, che vengono generate utilizzando forti campi magnetici e onde radio. Una sfida fondamentale in tal ambito, tuttavia, riguarda il fatto che il corpo umano può risultare complesso e «rumoroso» da scansionare: in questo ambiente, infatti, è possibile che si verifichino interferenze nel campo magnetico e che i pazienti reagiscano all’eventuale mezzo di contrasto. Inoltre, la maggior parte delle macchine per la RMI richiede che il paziente venga collocato in uno stretto tunnel, il che può generare ansia. Accelerare la procedura, pertanto, migliorerebbe l’esperienza del paziente.
Nuove procedure di immaginografia e indagini basate sulla RMI
L’obiettivo principale del progetto PATHOS, finanziato dall’UE, è stato quello di migliorare sensibilmente le prestazioni di rilevamento tanto della RMI, quanto dell’ODMR (optically detected magnetic resonance, ovvero risonanza magnetica rilevata otticamente). «Abbiamo iniziato proponendo nuovi sistemi teorici di rilevamento, basandoci sull’impiego di sonde classiche e quantistiche per campi esterni elettrici e magnetici», spiega Filippo Caruso, coordinatore del progetto PATHOS e docente presso l’Università di Firenze. «Il nostro obiettivo era quello di ridurre drasticamente la complessità di queste procedure di sondaggio e di imaging, con la finalità generale di arricchire in modo sostanziale il contenuto informativo estratto dalle scansioni, nonché ridurre i tempi di esposizione.» La fase successiva è stata quella di sviluppare nuove tecniche di scansione che consentissero di raggiungere gli obiettivi del progetto, ad esempio sopprimendo il «rumore» termico di fondo nella scansione. «Abbiamo inoltre sviluppato alcuni metodi volti a svelare attività biochimiche finora invisibili», aggiunge Caruso. Il progetto ha sperimentato nuove tecniche di rilevamento ed elaborazione dei dati al fine di sfruttare tutte queste informazioni, il cui potenziale non era tuttora stato liberato. «Queste tecniche sono state successivamente testate utilizzando piattaforme sperimentali diverse e complementari», spiega Caruso, che prosegue: «Abbiamo altresì cercato di identificare le future applicazioni che potrebbero sfruttare questi nuovi concetti e strumenti.»
Un kit di strumenti per rivoluzionare gli studi biologici
Superando lo stato dell’arte in termini di tecniche di scansione, il progetto PATHOS è stato in grado di creare un potente kit di strumenti contenente elementi che, secondo Caruso e il suo team, dispongono del potenziale per rivoluzionare gli studi biologici e la diagnostica medica. Gli esperimenti di laboratorio effettuati hanno dimostrato che molti strumenti possono raggiungere elevati livelli di precisione e sensibilità di scansione. Alcuni di questi hanno coinvolto la scansione di protoni immino RNA, come quelli che formano il genoma del virus SARS-CoV-2. Ciò potrebbe esercitare implicazioni per la scoperta di vaccini e cure. «Alcune di queste ricerche fondamentali potrebbero aprire nuove opportunità», afferma Caruso. «Un efficace esempio di ciò è stata l’applicazione di alcuni fenomeni quantistici osservati in alcuni esperimenti, realizzata al fine di caratterizzare in modo migliore il genoma del virus SARS-CoV-2.»
Applicare tecniche di rilevamento in ambienti in vivo
Per quanto riguarda il futuro della diagnostica, Caruso ritiene che il prossimo passo di cruciale importanza sarà l’applicazione delle tecniche in ambienti in vivo. «I metodi di risonanza magnetica nucleare sviluppati potrebbero funzionare anche in vivo, come suggeriscono i risultati che abbiamo ottenuto su campioni di tessuto ex vivo», osserva Caruso, proseguendo: «Tuttavia, la complessità dell’ambiente chimico nei tessuti vivi può porre alcuni limiti.» Caruso osserva che un altro elemento difficile da gestire in un ambiente realistico di RMI potrebbe essere costituito dal «rumore» fisiologico. «Queste limitazioni potrebbero tuttavia essere affrontate implementando alcuni dei metodi proposti dal progetto PATHOS», aggiunge il docente, che conclude: «Ci auguriamo che questo lavoro consentirà di ottenere significativi risparmi di tempo, oltre a un miglioramento delle informazioni di immaginografia.»
Parole chiave
PATHOS, medico, diagnostico, radiazione, RMI, biologico, magnetico
