Filtro ottico che misura le strutture sub-cellulari

Sviluppato un particolare filtro ottico che, applicato a tecniche di spettroscopia Brillouin, permette di misurare l'elasticità di strutture sub-cellulari come i tessuti ossei

La spettroscopia Brillouin è una avanzata tecnica ottica che consente di misurare, su scala microscopica e senza contatto fisico, le proprietà meccaniche della materia organica e inorganica: una tecnica non invasiva che ha già molteplici utilizzi in ambito biomedico, permettendo ad esempio di misurare in vivo e in 3D l'elasticità delle strutture sub-cellulari, una importante informazione per studiare patologie come l'osteopetrosi. Nonostante la sua importanza, ad oggi l'impiego della spettroscopia Brillouin è ancora limitato perchè si basa sulla rivelazione di un segnale ottico debolissimo, che purtroppo è sovrastato da disturbi ottici circa 1 miliardo di volte più forti che dunque ne ostacolano la rivelazione. Tali disturbi sono inevitabilmente dovuti alla luce utilizzata per eccitare del campione, e sono ancora più forti quando il materiale è torbido.

Per superare questo ostacolo, il team ha ideato e messo a punto un filtro ottico innovativo, denominato Birefringence-Induced Phase Delay (BIPD), le cui proprietà sono descritte in un articolo pubblicato su Nature Communications (1): «Questo filtro, estremamente compatto, è in grado di sopprimere con un livello di attenuazione senza precedenti i forti disturbi dovuti alla luce di eccitazione. Grazie al filtro, è stato possibile finalmente acquisire immagini ad alta risoluzione delle proprietà elastiche di vari campioni dove i disturbi ottici sono solitamente dominanti, come ad esempio i tessuti ossei», spiega il dottor Cristian Manzoni (2), ricercatore del Cnr-Ifn tra gli autori del lavoro. «L'obiettivo ora è quello di poter fornire uno strumento che permette di misurare proprietà meccaniche in tessuti opachi, fino ad oggi inaccessibili con le tecniche convenzionali», continua Giuseppe Antonacci (3), della Specto Photonics.

Un primo test è stato effettuato su un modello sperimentale affetto da osteopetrosi, una rara malattia genetica caratterizzata da una densità ossea maggiore rispetto alla norma: il filtro BIPD ha permesso di osservare finalmente le significative alterazioni delle proprietà meccaniche presenti nel tessuto osseo su scala micrometrica.

«Si è trattato di un importante passo avanti verso l'uso sempre più diffuso della spettroscopia Brillouin in applicazioni cliniche e diagnostiche», conclude Giulio Cerullo (4), professore del Politecnico di Milano e tra gli autori del lavoro.

Riferimenti:

(1) Birefringence-induced phase delay enables Brillouin mechanical imaging in turbid media

(2) Cristian Manzoni

(3) Giuseppe Antonacci & il team

(4) Giulio Cerullo

Descrizione foto: Filtro ottico che, applicato a tecniche di spettroscopia Brillouin, permette di misurare l'elasticità di strutture sub-cellulari come i tessuti ossei. - Credit: Cristian Manzoni / Cnr.

Scheda

Che cosa: Antonacci, G., Vanna, R., Ventura, M. et al. Birefringence-induced phase delay enables Brillouin mechanical imaging in turbid media. Nat Commun 15, 5202 (2024).

Chi: Politecnico di Milano – Dipartimento di Fisica; Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche di Milano (Cnr-Ifn); Specto Photonics; IRCCS Humanitas (Rozzano, Milano); Istituto di ricerca genetica e biomedica (Cnr-Irgb) - UOS di Milano

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