Il cancro alla pelle potrà essere facilmente diagnosticato con nuove tecniche non invasive basate sulla luce. Tramite laser si possono quindi rilevare malattie negli individui più anziani. Ciò potrebbe migliorare significativamente le opzioni di trattamento in fase iniziale per varie condizioni della pelle.
Tramite la polarizzazione lineare e circolare della luce si possono infatti rilevare cambiamenti nella pelle che non sono visibili all’occhio umano. Un nuovo studio condotto dall’Aston University evidenzia come le proprietà alterate di diffusione della luce della pelle che invecchia sono in gran parte dovute a cambiamenti nella struttura della pelle. Questo è dovuto all’esaurimento delle fibre di collagene nello strato dermico.
Durante il processo di invecchiamento della pelle, oltre alle caratteristiche fisiologiche, anche le proprietà ottiche della pelle come tessuto biologico cambiano significativamente. Il responsabile di questi cambiamenti è il collagene, componente principale della matrice extracellulare dei mammiferi, che comporta variazioni strutturali e funzionali. L’avanzare dell’età fa si che aumenti il contenuto di collagene nel derma, cambiando anche le sue proprietà fisiche e chimiche.Pertanto aumenta il numero e la forza dei legami incrociati inter e intramolecolari, mentre diminuisce la loro elasticità e capacità di rigonfiamento. Bisogna evidenziare inoltre che il processo di modificazione chimica del collagene può essere notevolmente accelerato in alcune condizioni mediche.
Nello studio è stato impiegato un sistema di imaging compatto che si basa su una fotocamera iperspettrale (Senop Optronics, Finlandia) con un filtro Fabry-Pérot microsintonizzabile. La caratteristica principale sta nel fatto che il sistema consente di ottenere una risoluzione spettrale da circa 6 a 10 nm in un intervallo totale da 510 a 900 nm.
Inoltre il sistema utilizza una lampada alogena da 50 W che dispone un illuminatore anulare a fibra ottica (Edmund Optics, Stati Uniti) che fornisce una distribuzione uniforme dell’intensità della luce nel piano focale della telecamera permettendo di irradiare al meglio il campo visivo della telecamera sulla superficie della pelle. L’uso dell’illuminatore ad anello ha permesso così di combinare gli assi di illuminazione e rilevamento.
Infine la presenza di polarizzatori lineari ruotabili a banda larga fissati in posizione incrociata ha favorito la riduzione della riflessione speculare dell’oggetto misurato. Ai fini dell’esperimento i ricercatori hanno creato un modello tridimensionale (3D) dell’unità, la cui implementazione utilizza un software di progettazione assistita da computer. Il modello è poi stato stampato con una stampante per materiali 3D.
L’obiettivo dei ricercatori è stato quello di adattare gli strumenti ottici alla misurazione del grado di polarizzazione residua della radiazione riflessa dal tessuto biologico. A questo scopo il sistema è stato dotato di un polarizzatore lineare rotante, che può essere posizionato parallelamente o perpendicolarmente alla polarizzazione iniziale della sorgente luminosa.
Il team ha poi sviluppato vari modelli computazionali che servono a simulare la propagazione della luce polarizzata in mezzi di diffusione. La simulazione crea dei fotone che vengono lanciati dalla fonte per poi raccogliere le statistiche vengono raccolte di quelli che arrivano sul rilevatore. Per farlo si deve tener conto anche delle probabilità di scattering dei fotoni nel mezzo.
I ricercatori hanno concluso che la sensibilità dell’imaging di polarizzazione varia a seconda dei cambiamenti cutanei legati all’età o a eventuali patologie legate al cancro. Questo effetto è dovuto principalmente dovuta a cambiamenti nello scattering, che a sua volta è associato a cambiamenti nelle fibre di collagene del derma. La nuova tecnica sviluppata promette una buona valutazione in vivo non invasiva in tempo reale dei cambiamenti cutanei. Lo studio potrà quindi essere esteso per monitorare i cambiamenti associati allo sviluppo di patologie legate all’età.
