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alla Macro Area: METROLOGIA & SPETTROSCOPIAalla Linea di Ricerca: Imaging & Manipolazioni Biologiche e Biomediche
Microscopia non-lineare multimodale per l’imaging dei tessuti biologici

La microscopia ottica non-lineare (NLO) offre soluzioni promettenti per l'imaging dei tessuti a livello sub-cellulare e può fornire sia informazioni morfologiche che funzionali in una modalità priva di marcatori esogeni. La combinazione di tecniche di microscopia NLO che forniscono informazioni morfologiche con quelle che forniscono informazioni funzionali è una questione cruciale per la classificazione e valutazione dei tessuti patologici. Infatti, una caratteristica importante per studiare lo sviluppo di una patologia del tessuto è capire il rapporto tra le caratteristiche morfologiche quali architettura, forma, simmetria, e la funzionalità del tessuto stesso. La corretta combinazione di tecniche di microscopia NLO con tecniche Raman in un approccio di imaging multimodale morfo-chimico può classificare i tessuti in modo veloce, affidabile, e senza marcatori esogeni. L'esperimento si propone di sviluppare una piattaforma di microscopia a scansione laser avanzata che combini tecniche di microscopia non lineari (fluorescenza a due fotoni, generazione di seconda armonica, imaging di vita media di fluorescenza) con la microspettroscopia Raman. L'obiettivo principale di questo esperimento è quello di realizzare uno strumento in grado di fornire una caratterizzazione morfo-funzionale dei campioni esaminati. Lo strumento sarà poi utilizzato in varie attività di ricerca, come:
- Applicazione della microscopia laser non-lineare alla patologia digitale
La crescente necessità di una diagnosi più accurata, obiettiva e più veloce ha spinto i ricercatori a unire l'imaging digitale con la diagnostica di routine. Il termine "Patologia Digitale" si riferisce alla pratica clinica focalizzata sull'uso della tecnologia ottica ed informatica per lo sviluppo di immagini ad alta risoluzione, a partire da vetrini contenenti campioni di tessuto. Anche se la "Patologia Digitale" sta trasformando le procedure diagnostiche, questa si applica soltanto a vetrini con colorazione H&E e dunque consente la semplice classificazione morfologica dei tessuti. Gli aspetti funzionali richiedono procedure di immunoistochimica per essere messi in evidenza. La microscopia ottica non-lineare (NLO) offre soluzioni promettenti per l'imaging dei tessuti a livello sub-cellulare e può fornire sia informazioni morfologiche che funzionali in una modalità priva di marcatori esogeni. In questo esperimento ci proponiamo di combinare i vantaggi offerti dalla "Patologia Digitale" con le potenzialità offerte dalla microscopia NLO per l'analisi e la diagnostica di campioni di cancro della vescica in maniera rapida, obiettiva e affidabile. L’esperimento è inserito nelle attività di un progetto di ricerca nazionale, finanziato dal Ministero della Salute.

- Imaging a generazione di seconda armonica della cornea
L'esperimento ha lo scopo di sviluppare una piattaforma microscopia a scansione laser non lineare essere da utilizzare per l'imaging del segmento anteriore dell'occhio. In particolare, in questo esperimento la microscopia a generazione di seconda armonica (SHG) sarà implementata sia con rivelazione avanti che indietro, nonché con un sistema di scansione della polarizzazione del fascio di eccitazione. L'obiettivo principale è quello di sfruttare il forte segnale SHG emesso dal collagene per caratterizzare la sua organizzazione sia in campioni di cornea sani che affetti da patologie e di verificare la fattibilità di un oftalmoscopio SHG. L'esperimento è inserito nelle attività di un progetto di ricerca che mira al progresso nel campo della diagnostica oftalmica per immagini sviluppando nuove tecniche all'avanguardia, le loro applicazioni a malattie specifiche, e infine la loro prospettiva di integrazione in un'unica piattaforma, con l’obiettivo di ridurre così le attrezzature ed i costi nella clinica oculistica.


Immagine di una fettina di tessuto cutaneo contenente un melanoma in situ, realizzata sovrapponendo un’immagine acquisita mediante fluorescenza a due fotoni (verde) ad una acquisita mediante generazione di seconda-armonica (blu). Dimensioni: 7.5 mm x 5 mm
Personale INO:

Dipendenti: Quercioli Franco, Calamai Martino, Cicchi Riccardo, D'Uva Massimo

Ricercatori Associati: Pavone Francesco Saverio

Assegnisti/Dottorandi/Borsisti: Mercatelli Raffaella

UOS/Laboratorio INO:
INO Sede Principale di Arcetri

INO Group/Research Team: Biofotonica

Applicant Areas: Scienze della Vita & Salute

Finanziamento da Progetti:
- Title: Automated digital scanning and diagnosis of tissues using multimodal non-linear optical microscopy (Acronym: SALUS)
- Title: Development of advanced Laser Imaging Techniques for the anterior and posterior Eye (Acronym: LITE)
- Title: Imaging multispettrale nel THz e nel Medio Infrarosso per la diagnosi istopatologica (Acronym: IMMUNE)
Principali Prodotti della Ricerca associati:
1) Non-linear imaging and characterization of atherosclerotic arterial tissue using combined SHG and FLIM microscopy su Journal Of Biophotonics (2015) di Cicchi R., Baria E., Matthäus C., Lange M., Lattermann A., Brehm BR., Popp J., Pavone FS. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
2) Characterization of collagen and cholesterol deposition in atherosclerotic arterial tissue using non-linear microscopy su Journal Of Biophotonics (2014) di Cicchi R., Matthaeus C., Meyer T., Lattermann A., Dietzek B., Brehm B.R., Popp J., Pavone FS. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
3) The New Digital Pathology: Just Say NLO su Digestive Diseases And Sciences (2014) di Cicchi R. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
4) From molecular structure to tissue architecture: collagen organization probed by SHG microscopy su Journal Of Biophotonics (2013) di Cicchi R., Vogler N., Kapsokalyvas D., Dietzek B., Popp J., Pavone FS. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
5) Protein conformation and molecular order probed by second-harmonic-generation microscopy su Journal Of Biomedical Optics (2012) di Vanzi F., Sacconi L., Cicchi R., Pavone FS. (Articolo su Rivista JCR/ISI)
Altri Prodotti della Ricerca associati: 28

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