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Cnr-Polimi-Humanitas. Un filtro ottico al servizio della medicina

Ricercatori del Cnr con l’Istituto di fotonica e nanotecnologie e l’Istituto di ricerca genetica e biomedica, del Politecnico di Milano e di Humanitas hanno 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.

Ricercatori del Cnr con l’Istituto di fotonica e nanotecnologie e l’Istituto di ricerca genetica e biomedica, del Politecnico di Milano e di Humanitas hanno 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. L’innovativo dispositivo, descritto su Nature Communications, è stato realizzato in collaborazione con Specto Photonics

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Un team composto da ricercatori del Politecnico di Milano, del Consiglio nazionale delle ricerche con l’Istituto di fotonica e nanotecnologie (Cnr-Ifn) e l’Istituto di ricerca genetica e biomedica di Milano (Cnr-Irgb), della start-up Specto Photonics, anch’essa con sede a Milano e di Humanitas, ha sviluppato uninnovativo filtro ottico birifrangente che permette di misurare con precisione sempre migliore 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.

In merito a questo filtro innovativo è intervenuto Cristian Manzoni, ricercatore del Cnr-Ifn, uno degli autori del lavoro: “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“.

Anche Giuseppe Antonacci, esponente della Specto Photonics ha commentato il lavoro, affermando: “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”.

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.

A conclusione, è arrivato l’intervento di Giulio Cerullo, professore del Politecnico di Milano e anche lui tra gli autori del lavoro: “Si è trattato di un importante passo avanti verso l’uso sempre più diffuso della spettroscopia Brillouin in applicazioni cliniche e diagnostiche”.