La realtà virtuale per visualizzare le cellule in 3D

Visualizzare una cellula in 3D mediante l’utilizzo della realtà virtuale: è il risultato di uno studio condotto congiuntamente da due Istituti del Consiglio nazionale delle ricerche – l’Istituto di scienze applicate e sistemi intelligenti ‘E. Caianiello’ (Isasi) e l’Istituto sistemi e tecnologie industriali intelligenti per il manifatturiero avanzato (Stiima) – in collaborazione con il Dipartimento di medicina molecolare e biotecnologie mediche dell’Università degli studi di Napoli Federico II.

La metodologia, descritta in uno studio pubblicato sulla rivista Small Methods, rientra nel settore della citofluorimetria e della citometria, tecniche utilizzate in laboratorio per rilevare e identificare cellule specifiche tramite l’analisi delle caratteristiche fisiche di ognuna di esse. “Il metodo sviluppato, denominato ‘Generalized Computational Segmentation based on Statistical Inference’ (Generalized CSSI), permette di visualizzare e ottenere parametri quantitativi di una cellula partendo dall’immagine ottenuta attraverso il microscopio tomografico, ovvero un microscopio in grado di generare un’immagine 3D dei suoi organelli interni”, illustra Vittorio Bianco del Cnr-Isasi.

I ricercatori autori dello studio hanno indirizzato le proprie attività verso lo sviluppo di una nuova tipologia di ‘citometria’ che possa fare a meno di marcatori fluorescenti, ovvero molecole in grado di “colorare” e quindi distinguere tra loro differenti organelli intracellulari, ma, al tempo stesso, potenzialmente tossici per le cellule. Oggi, l’implementazione di un metodo di ‘citometria tomografica 3D’ consente di evitare l’utilizzo di tali marcatori (label) e di restituire mappe tridimensionali di ciascuna cellula in flusso. “È nato così un ambiente totalmente immersivo per la microscopia, accessibile mediante occhiali per la realtà virtuale. L’utente, sia esso un ricercatore, un medico, uno studente, o un semplice curioso, può immergersi in un mondo parallelo per intraprendere un viaggio tra le cellule e nelle cellule”, spiega Ettore Stella del Cnr-Stiima, coordinatore del gruppo di Bari dei quali fanno parte Maria Di Somma e Nicola Mosca.

Durante l’esplorazione, oltre a visualizzare al meglio le strutture all’interno di ciascuna cellula, si può accedere ‘on-demand’ a tutte le informazioni e i dati sulle sue caratteristiche fisiche. “È un viaggio alla Jules Verne, che permette di scrutare nei minimi dettagli la struttura cellulare in 3D dalla prospettiva preferita: la combinazione tra citometria 3D tomografica e realtà virtuale apre scenari di sviluppo su diversi aspetti della biologia cellulare”, precisano Massimo D’Agostino e Tommaso Russo, decenti alla Federico II.

L’utilizzo della realtà virtuale potrà essere decisivo nei futuri scenari della diagnostica medica sul ‘single cell imaging’, nella quale è impegnata l’infrastruttura di ricerca CIRO (Campania Imaging for Research in Oncology), finanziata dalla Regione Campania, dove si studiano e si applicano le tecnologie sull’imaging in campo oncologico. “Questi risultati potranno rivelarsi uno strumento potente per migliorare lo studio, l’analisi e la condivisione dei dati anche da parte di laboratori a distanza. Inoltre, questo primo innovativo esempio di metaverso “label-free” per cellule 3D costituisce una piattaforma di realtà virtuale che permetterà di aprire nuovi scenari per le attività di formazione, didattica e outreach, fornendo agli osservatori un’esperienza unica, informativa e più coinvolgente sulla biologia cellulare”, afferma Pietro Ferraro del Cnr-Isasi, Presidente del comitato scientifico di CIRO.

La possibilità di osservare le cellule in 3D tramite la realtà virtuale offre un’enorme potenzialità per gli esperti in campo medico e di ricerca. La capacità di esplorare le strutture cellulari in modo dettagliato e interattivo consente di acquisire una migliore comprensione delle malattie e dei meccanismi cellulari, aprendo nuove strade per la diagnosi e il trattamento. L’utilizzo dei metodi di citometria tomografica 3D senza l’uso di marcatori fluorescenti elimina anche i rischi associati alle molecole tossiche per le cellule, rendendo la tecnica più sicura e affidabile.

Inoltre, l’accesso agli ambienti di realtà virtuale tramite occhiali appositamente progettati consente a chiunque, indipendentemente dal livello di competenza, di esplorare il mondo delle cellule in modo coinvolgente. Sia i ricercatori che gli studenti possono trarre vantaggio da questa esperienza immersiva, che offre una nuova prospettiva sulla biologia cellulare. La combinazione della citometria 3D tomografica e della realtà virtuale crea un ambiente virtuale interattivo che permette ai visitatori di immergersi completamente nel mondo cellulare, aprendo nuove possibilità per la formazione e la comunicazione scientifica.

In sintesi, l’utilizzo della realtà virtuale per visualizzare le cellule in 3D rappresenta un importante passo avanti nel campo della biologia cellulare. Questa tecnologia innovativa offre un’esperienza coinvolgente e informativa, consentendo agli utenti di esplorare le cellule e i loro componenti interni in modo dettagliato. Grazie a metodologie come la citometria tomografica 3D, che evita l’uso di marcatori fluorescenti, i ricercatori possono ottenere informazioni preziose sulla struttura e le caratteristiche delle cellule in modo sicuro ed efficiente. Il futuro della diagnostica medica e della ricerca scientifica si prospetta ancora più promettente grazie a queste innovazioni.