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Misurare la febbre è semplice, è sufficiente mettere un termometro sotto la lingua del paziente per ottenere una lettura accurata della temperatura entro 30 secondi, ma quando si tratta di misurare le temperature di specifici tessuti in profondità all’interno del corpo non è così semplice.

Gli ingegneri biomedici di Duke University hanno dimostrato come l’imaging fotoacustico possa rilevare la temperatura dei tessuti profondi in modo più rapido e preciso rispetto alle tecniche attuali. La scoperta dovrebbe svolgere un ruolo importante nell’avanzamento delle terapie termali per il trattamento del cancro. La ricerca è stata pubblicata il 12 febbraio 2019 sulla rivista Optica.

Il monitoraggio della temperatura dei tessuti interni è essenziale per molti studi biomedici e terapie termali dei tumori, spesso influenzano l’efficacia di un trattamento o gli effetti collaterali. Junjie Yao, professore assistente d’ingegneria biomedica a Duke, ha detto:

«Per sondare la memoria termica del tessuto abbiamo trovato un metodo per misurare la temperatura assoluta usando l’imaging fotoacustico, permette ai ricercatori di combinare le proprietà della luce e del suono, in pratica possono convertire la luce emessa attraverso i tessuti in onde ultrasoniche che possono poi essere analizzate per creare immagini ad alta risoluzione.

Fondamentalmente si tratta di comprimere in un solo nanosecondo il valore di un secondo di luce solare, per esempio come quella del pomeriggio estivo su un’area ristretta dell’unghia. Il laser quando colpisce una cellula, l’energia la fa riscaldare un pochino, si espande istantaneamente, creando un’onda ultrasonica.

I ricercatori che hanno voluto utilizzare l’imaging fotoacustico per misurare la temperatura, costantemente hanno sperimentato ostacoli tecnici. L’efficienza di conversione tra luce e suono dipende dalla temperatura, quindi sappiamo che è possibile misurare la temperatura ascoltando le onde sonore generate dalla luce. Tuttavia, in precedenza non siamo stati in grado di misurare la temperatura assoluta perché il processo stesso deve sapere quanti fotoni stanno raggiungendo il tessuto, il che è tecnicamente impegnativo».

Junjie Yao per aggirare queste informazioni mancanti, sta lavorando con Pei Zhong, professore del dipartimento d’ingegneria meccanica e scienza dei materiali, ha generato un riscaldamento profondo dei tessuti utilizzando ultrasuoni focalizzati ad alta intensità (HIFU). Il loro team ha ideato un nuovo metodo chiamato “Termometria fotoacustica a memoria termica” (o Tempt), utilizza l’imaging fotoacustico per misurare la “memoria termica” del tessuto.

I ricercatori con Tempt compiono una lettura della temperatura di base prima di bombardare il tessuto con un’esplosione d’impulsi laser di nanosecondi. Gli impulsi aumentano temporaneamente la temperatura del tessuto, che è poi misurata utilizzando un altro impulso fotoacustico.

Il team di ricerca è stato in grado di utilizzare queste misure e un modello matematico per stimare la temperatura assoluta senza sapere quanti fotoni sono stati erogati.

La capacità di misurare con più precisione la temperatura dei tessuti in profondità nel corpo ha importanti implicazioni per il trattamento del cancro con l’ablazione termica, comporta il riscaldamento delle cellule tumorali utilizzando la procedura medica HIFU con la quale possono essere distrutte alcune forme tumorali, benigne e maligne, senza incisione chirurgica né inserimento di aghi o cateteri. I ricercatori sono molto entusiasti di questo trattamento perché non causa i gravi effetti collaterali associati alla radioterapia e alla chemioterapia.

Junjie Yao e il suo team sono impazienti di esplorare l’intervallo di temperatura più preciso per uccidere efficacemente le cellule tumorali. Oltre al potenziale terapeutico stanno anche esaminando come il loro lavoro possa essere applicato ad altre questioni fondamentali della ricerca.

Junjie Yao in conclusione ha detto:

«Stiamo già formando nuove collaborazioni, sia con i medici sia con gli ingegneri, per continuare ad avanzare questa nuova tecnologia in laboratorio e oltre. Ciò è molto avvincente perché può potenzialmente essere tradotto in impatti clinici e avvantaggiare i pazienti oncologici».