Endomicroscopia ottica: un viaggio all’interno degli alveoli

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L’endomicroscopia è una tecnica per ottenere immagini simili all’istologia dall’interno del corpo umano in tempo reale, in un processo noto come “biopsia ottica“.

Viene attualmente utilizzata in campo polmonare, oltre che gastrointestinale, permettendo una visione di ciò che sta accadendo all’interno degli alveoli, ed in futuro costituirà un importante ausilio diagnostico nelle patologie polmonari.

“Viaggiare è un atto di umiltà. Chi è convinto di sapere tutto, preferisce non muoversi da casa.” – Beppe Severgnini

Il problema

La diagnosi, il monitoraggio e la gestione di una patologia sono spesso guidati dal riconoscimento di pattern di caratteristiche cliniche piuttosto che sul campione patologico.

C’è quindi una grande incertezza riguardo la vera presenza di una malattia in un apparato, specialmente nelle patologie polmonari quali la polmonite, la sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) e l’edema polmonare.

La biopsia polmonare potrebbe fornire questa certezza diagnostica, ma non viene eseguita di routine a causa dell’alto rischio della procedura (in primis uno pneumotorace iatrogeno) e della natura frammentaria del singolo campione prelevato, data l’impossibilità di eseguire una biopsia seriale.

Endomicroscopia ottica

L’endomicroscopia ottica comprende l’uso di qualsiasi sistema endoscopicamente erogato che è in grado di restituire immagini alla risoluzione di micron, utilizzando onde visibili o vicine alle lunghezze d’onda visive dello spettro elettromagnetico (infrarossi e ultravioletti).

L’avvento di fasci di fibre ottiche a basso costo e di dimensioni sempre più ridotte ha consentito e consentirà lo sviluppo e l’introduzione di modalità endomicroscopiche sempre nuove e con maggiore definizione.

La biofotonica è una scienza relativamente nuova che utilizza l’interazione luce-materiale biologico per creare immagini di cellule e tessuti negli organismi viventi.

I recenti sviluppi in questa scienza, nelle fibre ottiche e nell’analisi informatica delle immagini, danno l’opportunità di effettuare in tempo reale una biopsia molecolare ottica, in vivo e al letto del paziente.

L’endomicroscopia a laser confocale permette di fornire immagini microscopiche dinamiche in tempo reale delle porzioni più distali dei polmoni, attualmente non indagabili utilizzando qualsiasi altra tecnica.

Questa visualizzazione diretta ha diverse applicazioni:

  • Diagnosi differenziale di vari processi patologici, quali polmoniti, edema polmonare ed ARDS.
  • Migliore definizione dei noduli periferici o di altre lesioni nei polmoni distali, con anche il prelievo di campioni di tessuto, offrendo un’importante alternativa a biopsie chirurgiche e agobiopsie

Di seguito l’immagine di un polmone normale: con focus sui bronchi

La possibilità di vedere e possibilmente trattare un’area di interesse durante la stessa broncoscopia ha il potenziale di evitare procedure chirurgiche inutili e costose, che si traducono infine in una riduzione dei costi complessivi. Si tratta inoltre di una tecnica non invasiva, senza necessità di una preparazione specifica.

Di seguito l’immagine di un polmone normale: con focus sugli alveoli

Agenti di imaging ottico molecolare

Un agente di imaging molecolare è un’entità chimica applicata a un campione biologico per facilitare la visualizzazione, caratterizzazione e quantificazione dei processi biologici. Per identificare un obiettivo specifico: l’agente di solito comprende un mezzo di generazione del segnale (una molecola fluorescente) ed una porzione che si va a legare al bersaglio.

Agenti per l’imaging molecolare ottico sono ampiamente utilizzati in test in vitro ed ex vivo. Questa tecnica richiede però degli adattamenti tecnici per essere applicata in vivo.

Esempi di immagini ottiche endomicroscopiche del polmone.
Immagine a sinistra – tessuto alveolare sano (freccia gialla: parete alveolare; freccia blu: capillare polmonare; freccia rossa: bolle fluide.
Immagine centrale – polmone malato di un paziente ventilato meccanicamente con un infiltrato polmonare.
Immagine a destra – imaging endobronchiale, con l’apertura di un bronchiolo respiratorio circondato dalla muscolatura liscia.

Imaging batterico mediante endomicroscopia ottica

Staphylococcus aureus nel tessuto polmonare senza (in alto) e con (in basso) ubiquicidin nitrobenzoxadiazolo
(NBD). I batteri appaiono come punti scintillanti durante l’imaging dal vivo.
Frecce gialle:
pareti alveolari; freccia magenta:
segnale da batteri marcati.

La diagnosi di polmonite infettiva sembra semplice da descrivere: si tratta di un’infiammazione del parenchima polmonare causata dall’infezione di un microrganismo invasore. Ma nella realtà la diagnosi è molto più difficile da fare. Una combinazione di clinica, marcatori e risultati radiologici sono spesso utilizzati per guidare la prescrizione di antibiotici, molto prima che il campionamento microbiologico e la relativa conferma siano disponibili.

L’imaging ottico in vivo dell’infezione batterica è un campo in via di sviluppo con molte potenzialità. Per la polmonite, agenti di imaging sufficientemente luminosi e specifici hanno il potenziale per essere combinati con l’endomicroscopia per ottenere immagini dirette dei batteri nello spazio alveolare.

Come mostrato nell’immagine a sinistra, il fluoroforo ambientale nitrobenzoxadiazolo (NBD) è utilizzato per rilevare i batteri in campioni con sospetta polmonite. Il NBD è stato coniugato al peptide antimicrobico ubiquicidin o a varianti di antibiotici. Queste molecole colpiscono i batteri e una volta inserite nella membrana batterica il fluoroforo NBD diventa fluorescente.

Gli agenti quindi possono essere utilizzati per identificare un’infezione batterica in generale o un’infezione batterica Gram-negativa.

Neutrofili attivati ​​mediante endomicroscopia ottica

Per confermare la presenza di infiammazione acuta, un potenziale bersaglio sono i neutrofili attivati. Queste cellule si riversano nei polmoni in pazienti in condizioni critiche, come nel caso dell’ARDS, una condizione grave caratterizzata da incertezza diagnostica ed errori.

Un agente di imaging ottico progettato per identificare i neutrofili attivati ha mostrato risultati promettenti in studi iniziali.

Per concludere

Una biopsia molecolare ottica non invasiva del tessuto polmonare è ormai una realtà, può essere effettuata al capezzale del paziente ed ha il potenziale per essere ripetuta quando clinicamente indicata.

La tecnologia e la ricerca di questa tecnica sono ben consolidate in vitro, ma attualmente c’è un’esperienza limitata nella clinica. L’uso di più colori e tecnologie aggiuntive sono in via di sviluppo e, in futuro, saranno importanti strumenti nella diagnostica di varie patologie. L’obiettivo finale è fornire un mezzo diagnostico in vivo economico, sicuro e minimamente invasivo.

È in corso lo studio di specifici agenti molecolari ottici per la visualizzazione dei batteri alveolari, con anche la distinzione tra le varie classi di microrganismi, e dell’infiammazione polmonare (neutrofili attivati), sia in combinazione con batteri (infezione alveolare) che in assenza di questi (infiammazione pura / danno polmonare). Ciò consentirà un approccio di precisione per guidare l’uso antimicrobico e /o terapie antinfiammatorie e potrebbe aprire un nuovo capitolo nella diagnostica e nella gestione di questi pazienti.

FONTI ED IMMAGINI | Annual Update in Intensive Care and Emergency Medicine 2018 – J.L.Vincent – “Emerging Technology Platforms for Optical Molecular Imaging and Sensing at the Alveolar Level in the Critically ill”; AlveoFlex; Immagine in evidenza