Le cellule tumorali circolanti (CTCs) sono cellule che si staccano dai tumori primari e si diffondono nel sangue, causando la formazione di metastasi. La loro presenza e il loro numero rispecchiano il carico tumorale e, pertanto, un semplice prelievo di sangue potrebbe essere utilizzato per monitorare in modo non invasivo la progressione del tumore e l’efficacia del trattamento, un approccio in crescita noto come biopsia liquida. L’estrema rarità e l’eterogeneità delle CTCs rendono la loro identificazione estremamente impegnativa. I protocolli attuali prevedono un primo arricchimento delle cellule basato su dimensioni e deformabilità, seguito da una fase di identificazione eseguita mediante espressione proteica specifica, trascritti di RNA o aberrazione del DNA. Mentre l’espressione proteica e i trascritti di RNA dipendono in gran parte dal tipo specifico di sotto-popolazione di CTC, il DNA aberrante è un tratto distintivo delle cellule tumorali, ma i costi e le limitazioni temporali ne ostacolano l’adozione nella pratica della biopsia liquida nel mondo reale. Un’altra alternativa consolidata e più economica per la classificazione delle cellule tumorali si basa su criteri citomorfologici. Tuttavia, non è semplice applicare questa tecnica all’analisi di cellule rare, poiché richiede una tecnica di imaging che garantisca sia un alto throughput sia la specificità delle singole cellule. In questo senso, una soluzione ideale è una tecnica di microscopia ad alto throughput recentemente introdotta: la Microscopia a Stiramento Temporale (TSM). Questo approccio combina un laser pulsato per l’ispezione ottica e un canale microfluidico per la consegna ad alta velocità dei campioni, misurando fino a 10.000 cellule al secondo. Il segnale acquisito viene analizzato per ottenere un insieme di immagini digitali, ognuna delle quali rappresenta una singola cellula. L’alto numero di immagini “digitali” ottenibili con questa tecnica consente di applicare metodi di apprendimento automatico per discriminare tra cellule tumorali e cellule sane del sangue. Tuttavia, finora due principali colli di bottiglia hanno limitato l’uso della tecnica TSM:
- L’elevata complessità del setup, che può essere utilizzata solo da utenti esperti in ottica e fotonica.
- L’instabilità del setup che porta a disallineamenti giornalieri e limita il confronto affidabile delle immagini acquisite in giorni diversi.
Per superare questi limiti, proponiamo di integrare la TSM su chip, ottenendo un dispositivo compatto e facile da usare, caratterizzato da un allineamento stabile tra i componenti. Questo dispositivo sarà fabbricato su un substrato di vetro mediante microlavorazione laser a femtosecondi. Questa è una tecnica versatile che consente l’integrazione sinergica di elementi ottici e fluidici. Inoltre, miglioreremo la TSM per eseguire un’indagine su doppio lato, acquisendo due immagini per cellula da direzioni ortogonali, beneficiando dell’alto livello di integrazione che può essere raggiunto su chip. L’ipotesi è che avere diverse prospettive della stessa cellula possa consentire una classificazione più accurata, che è estremamente critica quando si analizzano cellule rare (come le CTCs). L’ambizione di questo progetto interdisciplinare è ottenere un approccio semplice, automatico ed economico per l’identificazione imparziale delle CTCs, basato su un dispositivo facile da usare e affidabile, abbinato a tecniche di analisi delle immagini.
Bando
PRIN: PROGETTI DI RICERCA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE – Bando 2022 – Prot. 20228MHWPZ
Ambito applicativo: Microscopia ottica – Elaborazione delle Immagini – Intelligenza Artificiale.
Ambito geografico: Nazionale
Data inizio: 28 Settembre 2023
Data fine: 27 Settembre 2025
Sito web del progetto:
