O descoperire surprinzătoare făcută la MIT ar putea schimba modul în care cercetătorii urmăresc, în laborator, felul în care medicamentele pătrund spre creier. Un fascicul laser care se auto-organizează într-o rază extrem de fină a permis obținerea unor imagini 3D ale barierei hematoencefalice de aproximativ 25 de ori mai rapid decât metodele standard, păstrând o rezoluție comparabilă.

Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au pornit de la un fenomen care, la început, părea să contrazică așteptările. În mod normal, când puterea unui laser transmis printr-o fibră optică multimodală crește, lumina devine mai dezordonată, mai împrăștiată, din cauza imperfecțiunilor din fibră. Dar, aproape de limita la care fibra s-ar fi putut deteriora, lumina a făcut exact invers: s-a concentrat într-un fascicul foarte subțire, asemănător unui „creion” luminos.

Pentru ca acest efect să apară, au fost necesare două condiții precise: laserul trebuia introdus în fibră perfect pe axă, la un unghi de zero grade, iar puterea trebuia crescută până când lumina începea să interacționeze neliniar cu sticla fibrei. La acest prag, dezordinea naturală a fibrei și efectele neliniare se compensează, iar lumina se organizează singură într-un fascicul stabil și foarte focalizat.

Importanța descoperirii nu este doar una de fizică optică. Echipa a folosit acest „pencil beam” pentru imagistica barierei hematoencefalice – stratul de celule care protejează creierul de toxine, dar care blochează și multe medicamente. Pentru cercetători, una dintre marile întrebări este cum pot fi proiectate tratamente capabile să treacă această barieră și să ajungă la țintele lor în boli precum Alzheimer sau scleroza laterală amiotrofică.

Cu metodele optice obișnuite, cercetătorii obțin de regulă câte o „felie” 2D a țesutului, apoi reconstruiesc imaginea completă din mai multe scanări. Noua metodă permite surprinderea întregului volum și a informației 3D într-o singură scanare, ceea ce explică accelerarea semnificativă a procesului. În plus, cercetătorii au putut urmări în timp real cum celulele absorb proteine sau compuși asemănători unor medicamente.

Un avantaj important este că metoda nu cere neapărat marcarea fluorescentă a celulelor. Asta contează deoarece marcajele pot modifica uneori comportamentul moleculelor urmărite sau pot complica experimentele. Într-un model uman al barierei hematoencefalice, fasciculul a oferit imagini 3D la nivel celular, cu o calitate ridicată și o profunzime de focalizare mai mare decât în cazul multor fascicule optice obișnuite.

Cercetarea, publicată în Nature Methods, oferă însă un instrument mai rapid și mai precis pentru etapa de laborator: testarea modului în care diverse molecule traversează modele umane ale barierei hematoencefalice. În viitor, echipa vrea să înțeleagă mai bine fizica acestui fascicul auto-organizat și să extindă metoda spre alte aplicații, inclusiv imagistica neuronilor.

De ce contează

Bariera hematoencefalică este una dintre marile provocări ale medicinei neurologice: protejează creierul, dar îngreunează tratamentele. O tehnică de imagistică mai rapidă, capabilă să arate în timp real cum se mișcă moleculele prin modele de țesut uman, ar putea ajuta cercetătorii să selecteze mai eficient candidații promițători pentru medicamente. Descoperirea de la MIT este, deocamdată, un pas tehnologic, dar unul care poate scurta drumul dintre laborator și terapiile țintite pentru creier.