Vedere attraverso i tessuti (e con la luce visibile)

Osservare ciò che si nasconde sotto la pelle, o all'interno di un organo, senza l'ausilio di raggi X: uno scenario sempre meno fantascientifico, come conferma un promettente settore di studi.

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La luce ottica potrebbe rivoluzionare il mondo della diagnostica per immagini.|Viktor Koen/Nature

Guardare attraverso i muri come Superman, ma senza i raggi X: il sogno moderno dei fisici potrebbe essere a portata di mano. Una serie di studi raccolti su Nature fa il punto sui primi, importanti risultati nel campo della visione attraverso barriere opache mediante luce visibile.

 

L'articolo prende spunto dalla pubblicazione di uno studio dell'Università di Washington, in cui si sostiene sia possibile guardare attraverso tessuti viventi (in particolare attraverso l'orecchio di un topo) utilizzando la luce visibile e senza l'ausilio di raggi X.

 

Esami più precisi. Lungi dall'interessare i soli supereroi, una simile possibilità avrebbe ripercussioni importanti nel campo della medicina. Oggi possiamo guardare attraverso i tessuti del corpo umano usando ultrasuoni e raggi X, ma le immagini che si ottengono sono poco definite oppure non mostrano particolari che vanno poi indagati con altri mezzi.

 

Al contrario, la luce visibile interagisce fortemente con le molecole organiche: vedere attraverso i tessuti con raggi laser permetterebbe di acquisire informazioni su cambiamenti biochimici, anomalie cellulari e cambiamenti di glucosio e ossigeno nel sangue.

 

 

Barriere invisibili. C'è però un ostacolo di fondo: le cellule del nostro corpo assorbono e disperdono la luce. Si comportano cioè come barriere per i fotoni, o ne distorcono il cammino, un po' come l'atmosfera terrestre distorce la luce proveniente dalle stelle.

 

Un aiuto dall'astronomia. Il primo e più importante esperimento in questo campo, effettuato 8 anni fa da un team dell'Università di Twente (Olanda), ha preso in prestito proprio gli algoritmi usati in campo astronomico per correggere la distorsione ottica causata dall'atmosfera, per capire quanto di un raggio di luce visibile riuscisse ad attraversare una parete solida, composta da una lastra di vetro dipinta con una vernice opaca bianca.

 

Il primo esperimento. I ricercatori hanno sfruttato un modulatore di luce, dispositivo simile allo schermo LCD di uno smartphone che controlla la trasmissione delle diverse parti di un raggio di luce laser, ritardandone alcune rispetto ad altre. Hanno sparato il laser in direzione della parete opaca e attraverso il modulatore, sistemando un rivelatore dietro alla parete per capire quanta luce avesse oltrepassato l'ostacolo. La tecnica ha permesso di captare segnali di luce anche al di là della barriera e lo studio ha incoraggiato a sperimentare la tecnica anche sui tessuti viventi.

 

Attraverso un orecchio. Si arriva così allo studio recente: Lihong Wang, professore di ingegneria biomedica all'Università di Washington di St. Louis (Usa), ha modificato parzialmente la tecnica proiettando sull'obiettivo da visualizzare - una lettera inchiostrata, sistemata dietro all'orecchio di un topo anestetizzato - simultaneamente un raggio di luce laser e un fascio di ultrasuoni (quest'ultimo per la decodifica delle frequenze luminose al loro passaggio). Il team si è concentrato sugli ultrasuoni, che difficilmente vengono dispersi, sapendo che ogni raggio di luce ottica che fosse passato nel punto in cui questi si concentravano avrebbe provocato un sottile cambiamento nella loro frequenza.

 

Specchio riflesso. Dalla parte opposta dell'orecchio è stato sistemato uno specchio che rispedisse indietro solo la luce la cui frequenza era stata deviata. Così ai ricercatori è tornato indietro un raggio che sommava la sua energia a quella della luce "in uscita". Le fasi dell'esperimento sono riassunte in questa infografica (in inglese).

 

La tecnica ottica sviluppata all'Università di Washington. Clicca per ingrandire.

E luce fu. Per i ricercatori è stato come accendere "una torcia nel muro". «Dieci anni fa non potevamo immaginare di vedere nemmeno un centimetro del corpo con la luce ottica, ma ora questo sta diventando realtà», ha commentato Wang. La tecnica è ancora lontana dal poter visualizzare diversi strati di tessuto - come quelli di un tumore - e deve essere perfezionata per vedere tessuti in movimento (come quelli del nostro corpo, continuamente mossi da flusso sanguigno e battito cardiaco).

 

Un futuro luminoso. Ma in futuro potrebbe aprire nuovi scenari in ambito medico, ma anche militari (con tecniche per vedere attraverso i ripari nemici o al contrario, per apparire invisibili) o artistici: la luce visibile potrebbe penetrare fino all'ultimo, originale strato di un antico affresco da restaurare.

 

18 Febbraio 2015 | Elisabetta Intini