È ITALIANO IL MICROSCOPIO CHE SCOPRE I MELANOMI / IT IS ITALIAN THE MICROSCOPE DISCOVERING MELANOMAS

È ITALIANO IL MICROSCOPIO CHE SCOPRE I MELANOMI / IT IS ITALIAN THE MICROSCOPE DISCOVERING MELANOMAS

 

SEGNALATO DAL DR. GIUSEPPE COTELLESSA (ENEA) /
REPORTED BY DR. GIUSEPPE COTELLESSA (ENEA)

Il procedimento del brevetto RM2012A000637 potrà potenziare notevolmente il campo delle applicazioni ed i risultati conseguibili nelle singole applicazioni del microscopio brevettato dal pool congiunto di ricercatori del CNR e dell’Università La Sapienza di Roma. 

 
The patent process RM2012A000637 will greatly enhance the range of applications and the results achieved in the individual applications of the patented microscope from the joint pool of researchers of CNR and the University La Sapienza of Rome.

G.C.

Esame istologico addio, è ora di andare in pensione. Sembra infatti che tra qualche tempo, in dermatologia, il caro vecchio prelievo di tessuti non sarà più così necessario per la diagnosi precoce di melanomi e altre affezioni cutanee. A sostituirlo, uno strumento rivoluzionario che proprio nell’ultimo quinquennio è stato brevettato e messo a punto da un pool congiunto di ricercatori del CNR e dell’Università La Sapienza di Roma. Si tratta di un microscopio speciale, confocale, a laser bianco e ad ampio spettro, capace di restituire, in modo non invasivo, immagini caratteristiche della morfologia della pelle, anche di piccolissimi campioni. L’auspicio è quello di arrivare a realizzare un’impronta completa di singole porzioni di epidermide umana, correlando poi la risposta quadridimensionale dell’analisi allo stato patologico connesso alla caratterizzazione spettroscopica.

Il prototipo, ancora in fase di sviluppo e in cerca di finanziatori per un’applicazione clinica su larga scala, è dunque frutto di un attento studio interamente made in Italy e può contare sul sostegno statale nonchè sui finanziamenti della Commissione Europea nell’ambito del programma Ideas 2007-2013, iniziativa finalizzata a promuovere la ricerca e a valorizzare l’eccellenza e la creatività nel mondo. Fra i numerosi progetti presentati nel corso degli anni dai vari Paesi, lo European Research Council ha scelto di finanziarne tredici italiani. “E il nostro è uno di questi, l’unico legato alla dermatologia. Gli altri, infatti, riguardano diverse branche della scienza, dalla fisica all’ingegneria, dalla chimica alla biochimica” – spiega il Professor Antonio Costanzo dell’Unità dermatologica del dipartimento NESMOS dell’Università La Sapienza, il principale investigator del progetto.

Quando avete iniziato concretamente a lavorare sul progetto del microscopio?

L’idea ci è venuta tra il 2005 e il 2006 ed è nata da una disquisizione con alcuni ricercatori del CNR, appunto, che sostenevano che le proprietà spettroscopiche fornissero maggiori informazioni rispetto all’espressione genica. Paragonando le due cose, è emerso che entrambi gli approcci possono rivelarsi utili per la diagnosi precoce delle malattie della pelle. Già nel 2006, quindi, scrivemmo un progetto simile a quello attuale che abbiamo poi rivisto e riproposto nell’ambito del programma ERC-IDEAS nel 2007.

E allora conosciamolo meglio questo microscopio: di cosa si tratta esattamente?

Il nostro è un microscopio confocale ad ampio spettro a laser bianco. Confocale significa che non vede le cose su un unico piano, ma è come se facesse una TAC ad alta risoluzione dell’oggetto che sta analizzando, ovvero la pelle. In sede diagnostica, questo consente di osservare dall’esterno le alterazioni cellulari che l’epidermide subisce in caso di malattia, senza dover necessariamente ricorrere al prelievo di tessuti. Non solo: si possono anche desumere, a livello della singola cellula, parametri spettroscopici particolari che a loro volta sono indici di stati funzionali specifici. Certo, esistono diversi aspetti che ne condizionano l’utilizzo, ma il potenziale è davvero enorme.

 In che senso?

Nel senso che, ad esempio, se una cellula va incontro ad apoptosi (processo di morte cellulare), tramite il microscopio sarà possibile osservare delle alterazioni spettroscopiche, caratteristiche del fatto che la cellula sta effettivamente morendo; e questo prima ancora che ciò sia evidente a occhio nudo. In sostanza è un macchinario che, in maniera non invasiva, consentirà di vedere di più e di ottenere un maggior numero di indicazioni rispetto a quelle fornite dai comuni esami istologici. Un microscopio a laser bianco, infatti, possiede fino a 2500 lunghezze d’onda, ognuna delle quali restituisce uno spettro completo. Alcune penetrano in profondità, altre sono superficiali. Pertanto, poiché parliamo del genoma, la quantità di dati a disposizione è davvero enorme, nell’ordine di 30 milioni di informazioni: su ogni milionesimo cubo di pelle, quindi, avremo ben 2500 spettri e saranno poi dei programmi specifici a selezionare quelli rilevanti per la diagnosi.

In cosa consiste il valore reale del microscopio?

Il valore sta proprio nell’aver messo a punto un sistema che permette di osservare lo spettro completo di ogni singolo frammento di pelle in maniera confocale e tridimensionale e di ottenere molte più informazioni per la diagnosi delle malattie, non solo a livello superficiale, ma anche del citoplasma e del nucleo. Con le opportune modifiche, che lo renderanno fruibile in un contesto clinico, il microscopio arriverà a fare anche la mappatura completa dei nei. Ma non solo, c’è anche un interessante e fondamentale risvolto umano.

Ovvero?

Questo progetto è un esempio perfetto di ricerca multidisciplinare, la stessa che tanto piace alla Comunità Europea: non ciascuno chiuso nel suo settore di competenza, ma una proficua cooperazione di menti in grado di generare conoscenza. Ed è un ottimo modo per trattenere in ambiente universitario risorse preziose e validissimi ricercatori che altrimenti, in un periodo difficile come quello attuale, sarebbero costretti a fare altro.

Concretamente come funzionerà l’applicazione clinica del microscopio?

Il macchinario è molto grande e certo non potrà essere posto su un tavolo come accade con i normali microscopi. Ad oggi lo stiamo testando proprio in vista di una futura applicazione ospedaliera. Basterà avere un braccio mobile a fibre ottiche che porterà l’obiettivo dello strumento direttamente sopra la porzione di pelle interessata dall’analisi. In verità, già esiste un prototipo di microscopio confocale utilizzato in ambito clinico, ma sfrutta una sola lunghezza d’onda. Noi siamo in contatto con la ditta produttrice che a sua volta ci sta aiutando a sviluppare il nostro.

A che punto siete con la ricerca?

Il microscopio è stato brevettato ed è in fase di prototipo industriale. L’abbiamo testato su diversi modelli e anche sulla pelle di pazienti che avevano in precedenza subito dei prelievi cutanei. Il prossimo step sarà quello di chiedere ulteriori finanziamenti alla Commissione Europea per lo sviluppo clinico e scientifico.

  

E quanto tempo ci vorrà per arrivare a un uso clinico diffuso?

È difficile fare una stima perché tutto dipende da chi deciderà di comprare il brevetto e da chi ci aiuterà a svilupparlo. In una parola, dalla volontà delle companies di commercializzarlo e costruirlo su larga scala basandosi sulle nostre indicazioni. Per il resto, il know-how c’è e il microscopio è scientificamente e tecnologicamente pronto. Il ruolo del ricercatore è quello di arrivare fino al confine con il mercato. Il compito di portare il progetto alla fruibilità clinica spetta invece all’industria. Proprio per questo con il CNR ci stiamo attivando, nella speranza di trovare quanto prima un acquirente.

E i costi?

Il costo di un normale microscopio confocale a uso clinico oggi si aggira intorno ai 70-80mila euro. Questo, con ogni probabilità, comporterà una spesa leggermente superiore, ma non essendo ancora arrivati alla fase della commercializzazione vera e propria non abbiamo idea dell’importo effettivo. Ci sono poi da considerare i costi di gestione che dipendono, ad esempio, dall’affidabilità del laser. Ripeto: noi abbiamo fornito il modello, sono poi le varie ditte a doversi ingegnare nella scelta e nell’utilizzo di materiali buoni e resistenti.

Il microscopio è stato studiato per un uso clinico, ma può avere anche altre applicazioni?

Certamente sì. Sarà molto utile, ad esempio, a tutte quelle aziende che producono apparecchi elettronici di alta precisione e che pertanto hanno bisogno di verificare ogni singolo componente in maniera ultrasensibile. Potrà essere sfruttato per identificare micro-difetti dei chip dei computer e per la cosiddetta failure analysis, l’analisi solitamente effettuata quando un dispositivo si rompe. Si tratta di un business che solo in Europa vale 8 miliardi di euro. Basti pensare al mercato dei led che oggi è il più ampio che ci sia nel mondo. Qualsiasi oggetto esca da una catena produttiva, infatti, necessita di specifici controlli di qualità. Essi possono essere eseguiti subito, oppure in sede di guasto. Trovare un modo per individuare ed eliminare fin dal principio eventuali vizi di fabbricazione senza peraltro aprire i chip dall’interno, consentirà alle imprese di migliorare la qualità della produzione con tutte le conseguenze del caso.

 

ENGLISH

Histological examination goodbye, it's time to retire. It appears that in some time, in dermatology, dear old removal of tissue will not be as necessary for early detection of melanoma and other skin diseases. To replace it, a revolutionary tool that just the last five years has been patented and developed by a joint pool of researchers of CNR and the University La Sapienza of Rome. It is a special microscope, confocal, white lasers and broad-spectrum, capable of restoring, in a non-invasive, image characteristics of the morphology of the skin, also of small samples. The hope is to get to realize full footprint of individual portions of the human epidermis, and then correlating the response to the four-dimensional analysis pathological condition linked to spectroscopic characterization.The prototype still in development and looking for backers for clinical application on a large scale, is therefore the result of a careful study entirely made in Italy and can count on state support as well as on funding from the European Commission under the program 2007-2013 ideas, initiative to promote research and to promote excellence and creativity in the world. Among the many projects presented over the years by the various countries, the European Research Council has chosen to thirteen Italian finance. "And ours is one of them, the only related to dermatology. The other, in fact, relate to different branches of science, from physics to engineering, from chemistry to biochemistry "- explains Professor Antonio Costanzo Unit dermatological NESMOS the department of La Sapienza University, the principal investigator of the project.
When you actually started working on the microscope project?
The idea came to us between 2005 and 2006 and came from a disquisition with some researchers of CNR, in fact, who argued that the spectroscopic properties would provide further information with respect to gene expression. Comparing the two, it was found that both approaches may be useful for early detection of skin diseases. Already in 2006, so we wrote a project similar to the current one which we then revised and revived under the ERC-IDEAS program in 2007.
So let's know better this microscope: what is it exactly?
Ours is a confocal laser microscope broad white spectrum. Confocal means that does not see things on one level, but it is as if it were a high-resolution CT scan of the object it is scanning, or the skin. In the diagnostic, this allows you to observe from outside the cell changes that the skin undergoes when ill, without having to resort to the removal of tissue. Not only: it can also be inferred, in the single-cell level, particular spectroscopic parameters that in turn are indexes of specific functional states. Of course, there are several aspects that influence the use, but the potential is really huge.

 What do you mean?
In the sense that, for example, whether a cell undergoes apoptosis (cell death process), via the microscope will be possible to observe the spectroscopic changes, characteristics of the fact that the cell is actually dying; and this even before this is evident to the naked eye. In essence it is a machine which, in a non-invasive, allow you to see more and get more indications than those provided by common histological examinations. A microscope white laser, in fact, possess up to 2500 wavelengths, each of which returns a complete spectrum. Some penetrate deep, others are superficial. Therefore, since we are talking of the genome, the amount of data available is enormous, in the order of 30 million information: on every millionth of leather cube, then, we will have over 2500 spectra and will then select those that are relevant to the specific programs the diagnosis.
What is the real value of the microscope?
The value lies in having developed a system that allows to observe the complete spectrum of each individual piece of skin in a way and three-dimensional confocal and to obtain much more information for the diagnosis of diseases, not only at the surface level, but also of the cytoplasm and the nucleus. With the appropriate changes, which will make it usable in a clinical context, the microscope will make even the complete mapping in. But not only, there is also an interesting and fundamental human aspect.
Or?
This project is a perfect example of multidisciplinary research, the very much like the European Union: not each closed in its field of competence, but a successful cooperation of minds capable of generating knowledge. And is a great way to keep in academia valuable resources and very valid researchers who otherwise, in a difficult period like the current one, would be forced to do anything else.
Concretely, how will the clinical application of the microscope?
The machinery is very large, and certainly can not be placed on a table as happens with normal microscopes. To date we are now testing its own in view of a future hospital application. Just have a mobile arm optical fiber that will bring the aim of the instrument directly over the portion of the affected skin analysis. In truth, there is already a prototype confocal microscope used in the clinical setting, but sees only one wavelength. We are in touch with the manufacturer, which in turn is helping us to develop our own.
At what point are you with your search?
The microscope was patented and is undergoing industrial prototype. We tested it on several models and also on the skin of patients who had previously undergone skin samples. The next step will be to ask for additional funding to the European Commission for the clinical and scientific development.
  And how long will it take to get to a clinical widespread use?
It is difficult to estimate because it all depends on who decides to buy the patent and who will help us to develop it. In a word, from the large-scale willingness of companies to commercialize it and build it based on our instructions. For the rest, the know-how is there and the microscope is scientifically and technologically ready. The role of the investigator is to get to the border with the market. The task of bringing the project to clinical usability is up to the industry instead. Precisely for this reason we are enabling with the CNR, in hopes of finding a buyer as soon as possible.
And the cost?
The cost of a standard confocal microscope clinical use today is around 70-80mila euro. This, in all likelihood, result in a slightly higher spending, but not yet reached the stage of real marketing we have no idea of ​​the actual amount. There are then to consider the management costs that depend, for example, the reliability of the laser. I repeat: we have provided the model, are the various companies in having to engineer the choice and use of good materials and durable.
The microscope has been studied for a clinical use, but may also have other applications?
Yes of course. It will be very useful, for example, to all those companies that produce high-precision electronic equipment and therefore need to check each component in ultra-sensitive manner. It may be exploited to identify defects of the micro-computer chips and for the so-called failure analysis, the analysis is usually performed when a device breaks down. It is a business that in Europe alone worth 8 billion euro. Just think of the market for LED is now the largest that there is in the world. Any bait object from a production chain, in fact, requires specific quality controls. They can be executed immediately, or within the fault. Find a way to identify and eliminate from the outset any manufacturing defects without opening the chip inside, will allow businesses to improve the quality of production with all the consequences.

FONTE:

http://www.stellanova.it/home/index.php?option=com_k2&view=item&id=710:made-in-italy-il-microscopio-che-scopre-i-melanomi&Itemid=251