IBM, una sonda di silicio per diagnostica e scoprire nuovi farmaci

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Una nuova applicazione di micro e nanotecnologie può contribuire a risolvere grandi sfide contemporanee legate alla produzione e al consumo di energia e all’assistenza sanitaria. Sviluppata una sonda microfluidica in silicio, flessibile e senza contatto, utile a ricercatori e patologi per studiare campioni di tessuto, scoprire nuovi farmaci e diagnosticare malattie.

I ricercatori IBM hanno sviluppato una sonda microfluidica in silicio, flessibile e senza contatto, che può aiutare ricercatori e patologi a studiare accuratamente campioni di tessuto critici, sia per la scoperta di nuovi farmaci sia per la diagnosi delle malattie.

La colorazione dei tessuti biologici è diffusamente utilizzata nella patologia per rilevare i “marker” di malattia nel campione di un paziente. Nello specifico, un particolare “marker” di malattia si lega a un anticorpo, che viene poi colorato chimicamente sul tessuto. L’intensità del colore classifica e determina l’entità di una malattia. 

La colorazione dei tessuti è un processo laborioso, con molte operazioni chimiche simili allo sviluppo delle fotografie, nel quale una quantità eccessiva di soluzione chimica o lunghe esposizioni possono sovrasviluppare il campione o la foto. Nel caso della patologia, ciò può causare falsi positivi e falsi negativi, che possono tradursi in un’errata diagnosi per il paziente. Secondo un rapporto del Johns Hopkins Hospital, su un totale di 6.171 vetrini di biopsia inviati dalla fine del 2008 per un secondo esame, i patologi erano in disaccordo con la diagnosi per 86 di loro.

Poiché la biopsia è una procedura invasiva per il paziente, vengono prelevati, se possibile, campioni di piccole dimensioni. I patologi sono motivati ad acquisire il maggior numero d’informazioni possibile da questi piccoli campioni, che possono essere anche di pochi millimetri di lunghezza. Lavorare su questa scala richiede che la colorazione sia eseguita su molte fette sottili del campione, per identificare e sottotipizzare le malattie per il trattamento, come nel caso del cancro.

La sfida per i patologi è spesso quella di eseguire un numero sufficiente di test importanti su questi campioni limitati, requisito essenziale per effettuare trattamenti personalizzati.

“Un aspetto chiave del prelievo di campioni clinici consiste nell’assicurare un’elevata capacità diagnostica, riducendo al contempo al minimo il disagio per il paziente, che è esattamente quello che fa la sonda sviluppata dai ricercatori IBM. La sonda consente di colorare una porzione di tessuto molto piccola virtualmente con qualsiasi marcatore biologico (o biomarker) che possa essere clinicamente rilevante. Questa capacità permette al clinico non soltanto di fare di più con un campione più piccolo, ma consente anche l’uso di “stain” multipli sullo stesso campione, aumentando in tal modo la precisione della diagnosi, uno strumento che può essere decisivo per diagnosticare una varietà di disturbi che vanno dal cancro alle patologie cardiache” afferma il dott. Ali Khademhosseini, Professore Associato presso la Harvard Medical School e il Brigham and Women’s Hospital.

I ricercatori di Zurigo hanno illustrato nella rivista sottoposta a peer review Lab on a Chip un’innovativa tecnologia proof-of-concept che può contribuire ad affrontare queste sfide: una sonda microfluidica, in grado di colorare accuratamente sezioni di tessuto su scala micrometrica.

La sonda a forma di rombo, di otto millimetri di larghezza, consiste di una testa microfluidica di silicio con due microcanali in ciascuna punta. A differenza di una cartuccia di una stampante a getto d’inchiostro, la testa aspira il liquido che inietta su una superficie. Ciò previene lo spargimento e l’accumulo del liquido sulla superficie, che può provocare una sovraesposizione.

In particolare per l’analisi di sezioni di tessuti, la sonda può trasportare un anticorpo, con una precisione millimetrica, in un’area selezionata della sezione. Poiché l’analisi può essere effettuata su macchie e linee, anziché sull’intera sezione del tessuto, il tessuto viene meglio conservato per eventuali test supplementari. Inoltre, sono necessari solo alcuni picolitri (un trilionesimo di litro) di liquido contenente gli anticorpi per ogni punto di analisi.

“Abbiamo sviluppato una tecnologia proof-of-concept, che spero darà una svolta alla patologia, beneficiando degli ultimi sviluppi della microfluidica basata su silicio”, spiega Govind Kaigala, ricercatore IBM di Zurigo. “Questo nuovo approccio consentirà ai patologi di colorare accuratamente i campioni di tessuto con precisione micrometrica e di eseguire più facilmente colorazioni multiple di tessuti su campioni limitati”.

La sonda microfluidica è adatta ai flussi di lavoro standard utilizzati nella patologia convenzionale, è compatibile con gli attuali sistemi di colorazione biochimica ed è resistente a una vasta gamma di sostanze chimiche tipiche. Le piccole dimensioni della sonda consentono inoltre una facile visualizzazione del campione, sia da sopra che da sotto, utilizzando un microscopio invertito, comunemente impiegato nei laboratori di ricerca e clinici.

I ricercatori continueranno a testare e a migliorare la sonda e inizieranno a usarla in ambienti di laboratorio nei prossimi mesi. Inoltre, il team vuole esaminare specifiche applicazioni cliniche, magari con partner nel campo della patologia. La sonda microfluidica può supportare il lavoro dei patologi e diventare uno strumento di elezione per la ricerca farmacologica e la diagnostica che comporta l’uso di campioni biologici.

Fonte:
PR IBM 

[A cura di Mauro Notarianni]