Vedere l’invisibile: come le farfalle possono aiutare gli scienziati a rilevare il cancro - METEO GIORNALE: primo sito meteo italiano di Previsioni Meteo
Un sensore di immagini ispirato alla visione UV delle farfalle per rilevare le cellule tumorali
Il nostro pianeta ospita numerose specie con capacità sensoriali che superano quelle degli esseri umani. Le tartarughe possono rilevare il campo magnetico della Terra, i gamberetti mantide possono discernere la luce polarizzata, gli elefanti possono percepire frequenze sonore molto più basse di quelle rilevabili dall’orecchio umano e le farfalle possono percepire una gamma più ampia di colori, compresa la luce ultravioletta (UV).
Inspirati dal sofisticato sistema visivo della farfalla Papilio xuthus, un gruppo di ricercatori ha sviluppato un sensore di immagini in grado di “vedere” nella gamma UV inaccessibile agli occhi umani. Questa nuova tecnologia di imaging è persino in grado di differenziare tra cellule tumorali e cellule normali con una precisione del 99%.
La visione UV delle farfalle come ispirazione
Variazioni minime
“Ci siamo ispirati al sistema visivo delle farfalle, che sono in grado di percepire molteplici regioni dello spettro UV, e abbiamo progettato una fotocamera che replica quella funzionalità”, afferma Viktor Gruev, professore di ingegneria elettrica e informatica presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign. “Abbiamo fatto ciò utilizzando nuovi nanocristalli di perovskite, combinati con la tecnologia di imaging al silicio, e questa nuova tecnologia di fotocamera può rilevare molteplici regioni UV”.
Le farfalle, tuttavia, possono vedere queste piccole variazioni nello spettro UV, proprio come gli esseri umani possono vedere le sfumature di blu e verde. ”È affascinante per me come riescano a vedere quelle piccole variazioni. La luce UV è incredibilmente difficile da catturare, viene assorbita da tutto, e le farfalle sono riuscite a farlo estremamente bene”, osserva Gruev.
Il gioco dell’imitazione
Gli esseri umani hanno una visione tricromatica con tre fotorecettori, dove ogni colore percepito può essere creato da una combinazione di rosso, verde e blu. Le farfalle, invece, hanno occhi composti, con sei (o più) classi di fotorecettori con sensibilità spettrali distinte. In particolare, la Papilio xuthus, una farfalla gialla dell’Asia, ha non solo blu, verde e rosso, ma anche violetto, ultravioletto e recettori a banda larga.
Per replicare il meccanismo di rilevamento UV della farfalla Papilio xuthus, il team dell’UIUC ha emulato il processo combinando un sottile strato di PNC con un array stratificato di fotodiodi al silicio.
Applicazioni in campo sanitario e oltre
Marker biomedici
Esistono vari marker biomedici presenti nei tessuti cancerosi in concentrazioni più elevate rispetto ai tessuti sani: aminoacidi (mattoni delle proteine), proteine e enzimi. Quando vengono eccitati con luce UV, questi marker si illuminano e fluorescono nello spettro UV e in parte di quello visibile, in un processo chiamato autofluorescenza.
“L’imaging nella regione UV è stato limitato e direi che questo è stato il più grande ostacolo per fare progressi scientifici”, spiega Shuming Nie, professore di bioingegneria presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign. ”Ora abbiamo sviluppato questa tecnologia con cui possiamo catturare la luce UV con alta sensibilità e distinguere anche piccole differenze di lunghezza d’onda”.
Applicazioni in chirurgia
Gruev, Nie e il loro team di ricerca collaborativo prevedono di poter utilizzare questo sensore durante l’intervento chirurgico. Una delle più grandi sfide è sapere quanto tessuto rimuovere per garantire margini puliti e un tale sensore può facilitare il processo decisionale quando un chirurgo sta rimuovendo un tumore canceroso.
“Questa nuova tecnologia di imaging ci sta permettendo di differenziare le cellule cancerose da quelle sane e sta aprendo nuove ed entusiasmanti applicazioni oltre la sola salute”, afferma Nie. Esistono molte altre specie oltre alle farfalle in grado di vedere nell’UV, e avere un modo per rilevare quella luce fornirà interessanti opportunità per i biologi per saperne di più su queste specie, come le loro abitudini di caccia e accoppiamento.
