Un nuovo microscopio 96 volte più veloce: osservare la corsa delle cellule immunitarie
girare 384 film contemporaneamente
All'improvviso succede: Mentre si sbuccia una mela, il coltello scivola e si taglia il dito. Le cellule immunitarie si mobilitano immediatamente e attaccano i batteri invasori per proteggere l'organismo. Il Prof. Dr. Matthias Gunzer della Facoltà di Medicina dell'Università di Duisburg-Essen (UDE) sta utilizzando queste conoscenze per sviluppare un microscopio che mira a salvare vite umane. Insieme ai partner dell'UDE e dell'Istituto Leibniz per le Scienze Analitiche - ISAS - e.V., l'immunologo ha raccolto quasi 1,3 milioni di euro dalla Fondazione tedesca per la ricerca (DFG), di cui quasi 400.000 euro andranno alla Facoltà di Medicina dell'UDE. Il microscopio, chiamato "ComplexEye", sarà 96 volte più veloce dei modelli precedenti.
La velocità e la mobilità delle cellule immunitarie sono elevate. Per misurarle, è necessario scattare un'immagine ogni otto secondi per un video time-lapse. Un microscopio convenzionale con un solo obiettivo può analizzare solo quattro campioni alla volta. "Questo è troppo lento per analizzare un gran numero di campioni e ricavare strategie preziose per la diagnostica e la terapia. Ecco perché stiamo costruendo un sistema multi-obiettivo e sviluppando un software supportato dall'intelligenza artificiale. Sarà 96 volte più veloce", spiega il professor Gunzer.
Il direttore dell'Istituto di Immunologia Sperimentale e Imaging sta conducendo una ricerca con gli ingegneri elettrici di Duisburg Prof. Dr. Anton Grabmaier, Prof. Dr. Hendrik Wöhrle e Dr. Reinhard Viga, nonché con un team guidato dal Dr. Jianxu Chen dell'ISAS di Dortmund. Il team del professor Gunzer possiede le competenze biomediche, la progettazione del sistema in termini di hardware e software proviene da Duisburg e il nuovo software di analisi basato sull'intelligenza artificiale da Dortmund.
Il progetto triennale è iniziato nel giugno 2025, dopo dodici anni di preparazione. È stato creato un prototipo che utilizza già 16 lenti. Ora 96 lenti sottili e una complessa tecnologia video saranno montate su una lastra perforata standard delle dimensioni di una cartolina, consentendo la ripresa simultanea di 384 film.
"Per soddisfare i requisiti delle analisi ad alta produttività, stiamo sviluppando un software con tracciamento in tempo reale che non richiede potenti computer esterni", spiega il dottor Chen. "Questo è possibile, ad esempio, perché i dispositivi edge, cioè piccoli processori che lavorano in parallelo, si occupano dell'analisi delle immagini che richiede molto tempo, anche con l'intelligenza artificiale", aggiunge il dott. I dati vengono analizzati immediatamente perché può essere fondamentale avere i risultati in tempi brevi: "A volte le cellule immunitarie sono disturbate", afferma il Prof. Dr. Gunzer. "Se sappiamo come si muovono, possiamo riconoscere le malattie o sviluppare sostanze attive che controllino la loro velocità".
Ad esempio, il ComplexEye potrebbe essere utilizzato per riconoscere se una persona in terapia intensiva è sull'orlo della sepsi. Il risultato sarebbe disponibile entro poche ore e si potrebbe somministrare un farmaco. La capacità di queste cellule di muoversi fornisce anche informazioni preziose per la diagnosi e il trattamento del cancro.
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