Le fibre microscopiche che attraversano ogni tessuto del corpo umano costituiscono l'architettura nascosta degli organi, coordinandone movimento, funzionamento e comunicazione. Nel cervello queste strutture trasportano segnali elettrici tra diverse regioni, nell'intestino sostengono la motilità digestiva, nei muscoli guidano la forza fisica. Visualizzare l'orientamento preciso di queste reti è sempre stata una sfida per la ricerca biomedica: le tecniche di risonanza magnetica non raggiungono la risoluzione cellulare, mentre l'istologia tradizionale richiede colorazioni specializzate, campioni perfettamente conservati e strumentazioni costose, spesso fallendo nel rappresentare i punti dove le fibre si incrociano. Ora un gruppo di ricerca guidato da Marios Georgiadis, specialista di neuroimaging, ha sviluppato un metodo che rende visibili questi schemi con chiarezza eccezionale e costi contenuti.
La tecnica, denominata computational scattered light imaging (ComSLI) e descritta su Nature Communications, sfrutta un principio fisico elementare: quando la luce incontra strutture microscopiche, viene diffusa in direzioni diverse a seconda del loro orientamento. Ruotando la sorgente luminosa e registrando come cambia il segnale di diffusione, i ricercatori ricostruiscono la direzione delle fibre in ogni pixel dell'immagine. La configurazione richiede soltanto un LED rotante e una fotocamera microscopica, rendendo l'approccio accessibile rispetto ad altre forme di microscopia avanzata. Il software elabora poi i delicati pattern della luce diffusa generando mappe cromatiche dell'orientamento e densità delle fibre, note come distribuzioni di orientamento delle fibre informate dalla microstruttura.
La versatilità della metodologia rappresenta forse il suo vantaggio più rivoluzionario. ComSLI funziona con sezioni fissate in formalina e incluse in paraffina (lo standard negli ospedali e nei laboratori di patologia), ma anche con vetrini congelati freschi, colorati o non colorati. Non esistono limiti temporali: il team ha analizzato una sezione cerebrale preparata nel 1904, identificando pattern di fibre complessi anche in questo campione centenario. Questa capacità di recuperare informazioni strutturali da preparati storici apre prospettive inedite per studiare l'evoluzione delle caratteristiche anatomiche attraverso generazioni.
Georgiadis e collaboratori hanno applicato ComSLI a sezioni complete di cervello umano fissato in formalina, rivelando strutture fibrose dettagliate in tutto il tessuto ed esaminando come queste cambino in condizioni neurologiche quali sclerosi multipla, leucoencefalopatia e malattia di Alzheimer. L'attenzione si è concentrata sull'ippocampo, regione profonda centrale per formazione e recupero della memoria, spesso colpita precocemente dalla neurodegenerazione. Confrontando una sezione ippocampale di un paziente con Alzheimer con un campione sano, il gruppo ha osservato un chiaro deterioramento strutturale: gli incroci di fibre che normalmente connettono le regioni dell'ippocampo risultavano notevolmente ridotti, mentre la via perforante, principale canale per i segnali mnemonici, era appena visibile. L'ippocampo sano mostrava invece una rete densa e interconnessa attraverso l'intera area, permettendo ai ricercatori di visualizzare precisamente come i circuiti della memoria si disintegrano con la progressione della malattia.
Michael Zeineh, professore di radiologia presso la Stanford University e co-autore senior dello studio insieme a Miriam Menzel, ex visiting scholar, sottolinea le implicazioni pratiche: "Questo strumento è accessibile a qualsiasi laboratorio. Non servono preparazioni specializzate o attrezzature costose. Ciò che mi entusiasma maggiormente è che questo approccio apre la porta a chiunque, dai piccoli laboratori di ricerca ai laboratori di patologia, per scoprire nuove intuizioni dai vetrini che già possiedono". La democratizzazione dell'analisi microstrutturale potrebbe accelerare significativamente la comprensione delle basi anatomiche delle patologie neurologiche e facilitare l'identificazione di biomarcatori strutturali per diagnosi precoci.
Sebbene inizialmente concepito per la ricerca cerebrale, ComSLI si è dimostrato efficace anche in altri tessuti. Il team lo ha utilizzato per studiare campioni muscolari, ossei e vascolari, ciascuno rivelando arrangiamenti fibrosi unici legati alle rispettive funzioni biologiche. Nel muscolo della lingua ha evidenziato orientamenti stratificati associati a movimento e flessibilità; nell'osso ha catturato fibre di collagene allineate con gli stress meccanici; nelle arterie ha mostrato strati alternati di collagene ed elastina che supportano sia resistenza che elasticità. Questa capacità di mappare l'orientamento delle fibre attraverso specie, organi e campioni d'archivio potrebbe trasformare radicalmente il modo in cui gli scienziati indagano struttura e funzione dei tessuti biologici.
Georgiadis riferisce già di numerose richieste per scansionare campioni e replicare la configurazione ComSLI: "Molti laboratori e cliniche desiderano ottenere orientamento delle fibre a risoluzione micrometrica e micro-connettività sulle loro sezioni istologiche. Un altro piano entusiasmante è tornare ad archivi cerebrali ben caratterizzati o sezioni cerebrali di persone famose, recuperando queste informazioni di micro-connettività e rivelando 'segreti' considerati perduti da tempo". Le prospettive future includono l'applicazione sistematica a biobanche storiche, la validazione su ampi studi clinici longitudinali per identificare marcatori prognostici delle malattie neurodegenerative, e l'integrazione con tecniche di imaging in vivo per creare atlanti multimodali del cervello umano ad altissima risoluzione.