Un cristallo trasparente grande come un francobollo ha appena dimostrato di poter vedere dentro il corpo umano con una precisione mai raggiunta prima. I ricercatori di Northwestern University hanno creato il primo scanner medico basato su perovskite, lo stesso cristallo usato nei pannelli solari. La differenza? Invece di catturare luce solare, questi cristalli intercettano i raggi gamma emessi dai traccianti radioattivi usati in medicina nucleare.
Il risultato: immagini nitide quanto quelle dei costosi scanner attuali, ma a una frazione del prezzo. Una tecnologia che potrebbe portare diagnosi avanzate anche negli ospedali con budget limitati.
Dal sole al corpo umano
Le perovskiti sono cristalli che hanno già trasformato il settore dell’energia solare. Ora, secondo uno studio pubblicato su Nature Communications, si preparano a fare lo stesso con la medicina nucleare. Mercouri Kanatzidis, professore di chimica alla Northwestern University e autore senior dello studio, spiega: “Questa è la prima prova chiara che i detector perovskite possono produrre il tipo di immagini nitide e affidabili di cui i medici hanno bisogno per fornire le migliori cure ai loro pazienti”.
La medicina nucleare funziona come una fotografia invisibile del corpo. I medici iniettano una piccola quantità di materiale radioattivo (il tracciante) che emette raggi gamma. Questi attraversano i tessuti e vengono catturati da un detector esterno. Ogni raggio gamma agisce come un pixel di luce e, quando milioni di questi “pixel” vengono registrati, i computer li assemblano in immagini tridimensionali degli organi in funzione.
Il problema dei costi attuali
Gli scanner attuali dipendono da detector costosi e difficili da produrre. I più avanzati, realizzati con tellurio di cadmio zinco (CZT), costano da centinaia di migliaia a milioni di dollari per camera. I cristalli sono fragili e la produzione è complessa. L’alternativa più economica, lo ioduro di sodio (NaI), è più accessibile ma produce immagini meno precise, simili a guardare attraverso una finestra appannata.
Il team guidato da Yihui He dell’Università di Soochow ha sviluppato un detector perovskite pixelato, una griglia quattro per quattro di pixel, ognuno largo circa sette millimetri e spesso poco più di tre. Durante gli esperimenti, questo detector ha dimostrato capacità straordinarie: ha differenziato raggi gamma di diverse energie con la migliore risoluzione mai riportata e ha percepito segnali estremamente deboli dal tecnetio-99m, un tracciante medico comunemente usato nella pratica clinica.
Il nuovo scanner medico alla perovskite ha raggiunto risoluzioni energetiche record: 2,5% a 141 keV e 1,0% a 662 keV. È riuscito a distinguere caratteristiche incredibilmente fini, producendo immagini nitide che separano sorgenti radioattive minuscole distanziate solo pochi millimetri. Il detector è rimasto altamente stabile, raccogliendo quasi tutto il segnale del tracciante senza perdite o distorsioni.
Scanner medico ai cristalli “solari”: i vantaggi per pazienti e ospedali
I benefici promessi sono multipli. Per i pazienti: sessioni di scansione più brevi, immagini diagnostiche più chiare e minore esposizione alle radiazioni. Poiché questi nuovi detector sono più sensibili, i pazienti potrebbero aver bisogno di tempi di scansione più brevi o dosi minori di radiazioni.
Per gli ospedali, il vantaggio principale è economico. Yihui He sottolinea:
“Il nostro approccio non solo migliora le prestazioni dei detector, ma potrebbe anche ridurre i costi. Questo significa che più ospedali e cliniche potrebbero eventualmente avere accesso alle migliori tecnologie di imaging”.
La startup Actinia Inc., spin-off della Northwestern University, sta già commercializzando questa tecnologia, collaborando con partner nel settore dei dispositivi medici per portarla dal laboratorio agli ospedali.
Verso una medicina nucleare “democratica”
Kanatzidis ha lavorato sui cristalli perovskite per più di dieci anni. Nel 2012, il suo gruppo creò le prime celle solari a film solido usando perovskiti. Nel 2013, dimostrò che i cristalli perovskite singoli potevano rilevare efficacemente raggi X e gamma. Questo progresso ha scatenato un’ondata di ricerca internazionale e ha contribuito a stabilire un nuovo campo focalizzato sui materiali per la rilevazione delle radiazioni.
“Questo lavoro dimostra fino a che punto possiamo spingere i detector perovskite oltre il laboratorio”, afferma Kanatzidis.
“Ora stiamo mostrando che i detector basati su perovskite possono fornire la risoluzione e la sensibilità necessarie per applicazioni impegnative come l’imaging di medicina nucleare”.
La medicina nucleare di alta qualità non dovrebbe essere limitata agli ospedali che possono permettersi le attrezzature più costose. Con uno scanner medico alle perovskiti, si può aprire la porta a scansioni più chiare, veloci e sicure per molti più pazienti in tutto il mondo. L’obiettivo finale è semplice: migliori scansioni, migliori diagnosi e migliori cure per i pazienti.
