Un microscopio a fluorescenza per controllare il cuore

Guardare, osservare per intervenire sulle patologie cardiache. È quanto promette un innovativo microscopio sviluppato grazie a una collaborazione tra il Laboratorio europeo di spettroscopia non lineare (Lens) e l'Istituto di ottica (Ino) del Cnr di Sesto Fiorentino.

Per la prima volta il dispositivo impiegherà la luce non solo per monitorare la propagazione elettrica del cuore, ma anche per modificare l'attività stessa dell'organo, ristabilendo il normale ritmo. La nuova tecnologia è illustrata sulla rivista 'Scientific Reports' e in un prossimo futuro aprirà la strada alla realizzazione di nuovi defibrillatori meno invasivi e più efficaci.

“Dopo due anni di lavoro, abbiamo messo a punto un microscopio a fluorescenza basato su sensori ultra-veloci e capace di acquisire filmati a 128x128 pixel con una risoluzione temporale di 2.000 fotogrammi al secondo che abbiamo testato sui topi, constatando che è in grado di seguire la propagazione degli impulsi elettrici del cuore operando ad altissima sensibilità e velocità”, spiega Leonardo Sacconi, ricercatore Ino-Cnr e tra gli autori dello studio.

In sostanza, il dispositivo fornirà molte più informazioni rispetto all'elettrocardiogramma. “L'Ecg fornisce solo i dati temporali del segnale elettrico.

Il mapping ottico permette invece la visualizzazione spaziale della sua propagazione nella superficie cardiaca, offrendo in futuro ai medici un quadro più completo”, precisa il ricercatore. Una volta monitorata l'attività cardiaca, se vengono riscontrate anomalie quali aritmie e tachicardie ventricolari, il microscopio, interviene tramite un semplice raggio di luce. “Grazie all'optogenetica (un metodo di questi ultimi anni che combina tecniche ottiche e genetiche) il nostro microscopio è in grado di modificare il ritmo cardiaco attraverso un sistema di scansione laser ultra-veloce che produce sulla superficie cardiaca stimolazioni ad hoc, ossia progettate sulle anomalie elettriche in atto”.

Una vera rivoluzione in campo biomedico che nel tempo potrebbe condurre a importanti ricadute. “Questo studio rappresenta la prima dimostrazione di una cardioversione ottica e getta le basi, dopo i test clinici, per la realizzazione di una nuova generazione di defibrillatori cardiaci a basse energie di irraggiamento.

A differenza degli attuali, la cui efficacia è basata su uno shock elettrico generalizzato che invade l'intero organo, i nuovi dispositivi ridurranno drasticamente l'energia coinvolta, attenuando di conseguenza e significativamente tutti gli effetti collaterali”, conclude Sacconi.

Articolo di Scientific Reports: Optogenetics design of mechanistically-based stimulation patterns for cardiac defibrillation.

Cecilia Migali / Fonte: Leonardo Sacconi, Istituto nazionale di ottica del Cnr, email sacconi@lens.unifi.it