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Le cellule di lievito di birra potrebbero rivoluzionare la diagnostica medica

di Redazione

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Le cellule biologiche possono essere trasformate in micro-lenti ottiche, piccole strutture che funzionano come lenti tradizionali ma sono costituite da materiali biologici. Così come una goccia d’acqua su una superficie agisce da lente di ingrandimento focalizzando i raggi luminosi, le cellule modificate operano come micro-lenti. Studiando le loro proprietà ottiche, in futuro queste cellule potrebbero essere impiegate per diagnosi mediche grazie alla loro capacità di focalizzare la luce. Questo è quanto emerge da una ricerca dell’Istituto di scienze applicate e sistemi intelligenti del Consiglio nazionale delle ricerche di Pozzuoli (Cnr-Isasi), in collaborazione con l’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) e l’Università degli Studi di Napoli Federico II (UniNa) che apre nuove prospettive per la ricerca scientifica e potrebbe rivoluzionare il campo della diagnostica medica.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Advanced Optical Materials, esplora l’uso delle cellule di lievito di birra come lenti ottiche biologiche. Queste cellule possiedono la capacitĂ  di modificare rapidamente i loro vacuoli intracellulari, piccole sacche essenziali per il funzionamento e la salute delle cellule. Sfruttando questa caratteristica, i ricercatori hanno trasformato un vacuolo di una cellula di lievito in una micro-lente.

Le lenti di ingrandimento tradizionali raccolgono i raggi luminosi provenienti da un oggetto e li focalizzano in un punto preciso, permettendo una visione dettagliata e ingrandita. Questo è possibile grazie alla capacità delle lenti di deviare i raggi luminosi. Tuttavia, i vacuoli modificati nelle cellule di lievito si comportano diversamente: invece di concentrare la luce in un punto (focalizzazione convergente), la disperdono (focalizzazione divergente). Questo risultato è significativo perché approfondisce la comprensione di come la luce interagisce con le strutture biologiche e potrebbe portare allo sviluppo di dispositivi biofotonici innovativi, strumenti che utilizzano la luce (fotoni) per studiare, diagnosticare o trattare fenomeni biologici e medici.

Lo studio è uno dei primi risultati del progetto “Luna” (Label-free cytoplasmic vacUoles pheNotyping plAykit), condotto dal Cnr-Isasi e dall’UniversitĂ  di Napoli, con Vittorio Banco (Cnr-Isasi) come responsabile scientifico e Massimo d’Agostino (UniversitĂ  di Napoli) come responsabile di unitĂ  del progetto, finanziato dal programma PRIN 2022 dell’Unione Europea – Next Generation EU.

“Studiare come i vacuoli delle cellule rispondono alla luce è utile per capire meglio le cellule nel sangue e in altri fluidi del corpo. Questo potrebbe aiutare a migliorare le diagnosi mediche e rendere piĂą facile individuare malattie o problemi nel corpo in modo veloce e meno invasivo,” spiega Vittorio Bianco (Cnr-Isasi). L’analisi del comportamento della luce nei vacuoli intracellulari può essere utile per diagnosticare rapidamente diverse malattie, tra cui le malattie da accumulo lisosomiale, il cancro e le infezioni virali, come il Covid-19 causato dal virus Sars-CoV-2. “La piattaforma che stiamo sviluppando aiuterĂ  a identificare queste malattie in modo piĂą efficiente. Inoltre, questa piattaforma sarĂ  utilizzata per testare quanto sono efficaci i farmaci nel rimuovere o ridurre i vacuoli presenti nelle cellule malate”, aggiunge Daniele Pirone, ricercatore presso Cnr-Isasi e primo autore dell’articolo.

Secondo i ricercatori, lo studio presenta numerose applicazioni pratiche in diversi settori. “Questa tecnologia innovativa potrebbe migliorare le tecniche di imaging esistenti attraverso la creazione di circuiti ottici biocompatibili per i computer del futuro. Inoltre, poichĂ© una lente così piccola ha dimensioni comparabili a molte strutture intracellulari, potrebbe migliorare notevolmente le capacitĂ  risolutive della microscopia ottica e permetterebbe di osservare e misurare con maggiore dettaglio le strutture all’interno delle cellule. In pratica, questo porterebbe a metodi piĂą precisi e dettagliati per identificare e studiare malattie”, afferma Pietro Ferraro, dirigente di ricerca presso Cnr-Isasi di Pozzuoli e coordinatore del gruppo di ricerca. “Proprio le simulazioni numeriche realizzate dai ricercatori Inaf consentiranno di predire in futuro tali identificazioni dal punto di vista ottico” conclude Matteo Lombini, ricercatore presso Inaf.

Le possibili e promettenti applicazioni delle biolenti saranno oggetto di studi futuri, che includeranno l’analisi di diverse condizioni di illuminazione e lunghezze d’onda per determinare parametri fondamentali delle lenti, come la lunghezza focale e l’apertura numerica.

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Aggiornato il 07/01/2024

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