FISICA MEDICA

(Prof. G. Roberti)

 

 

Il gruppo di Fisica Medica del Dipartimento di Scienze Biomediche Avanzate dell’Università di Napoli “Federico II” ha come oggetto di ricerca lo studio dell’interazione della radiazione elettromagnetica dello spettro visibile ed IR con materiale biologico, a scopo diagnostico e terapeutico.

La radiazione elettromagnetica usata è prodotta da sorgenti luminose coerenti, ma soprattutto da sorgenti coerenti (laser). Queste ultime hanno il vantaggio di fornire radiazione ad alta brillanza, sia continua che impulsata, ed ad alta coerenza spettrale e risultano di grande utilità nelle applicazioni biomediche in quanto consentono l’eccitazione selettiva di fluorofori presenti nel campione con risoluzione spaziale dell’ordine della spot del laser, con trascurabile riscaldamento del campione a causa della bassa potenza media del fascio (soprattutto per radiazione impulsata) e con un rapporto di rivelazione segnale-rumore elevato a causa dell’alta intensità specifica del fascio, che permette pure una riduzione del tempo di misura.

 

Le principali sorgenti laser disponibili sono:

Diodo laser Hamamatsu PLP02

Diodo laser impulsato con emissione alla lunghezza d’onda di 832 nm di impulsi con potenza di picco di 60 mW, durata 50 ps ( semilarghezza totale a metà altezza) e frequenza di ripetizione  da 0 a 23 MHz.

Laser ad azoto PTI 2300

Laser impulsato con emissione alla lunghezza d’onda di 337.1  nm di impulsi con energia per impulso di 11.5 mJ,  durata 500  ps ( semilarghezza totale a metà altezza) e frequenza di ripetizione  da 0 a 20 Hz.

Laser a colorante PTI PL201

Laser a colorante  pompato dal Laser ad Azoto  PTI 2300

Laser Nd:YAG

laser Nd:YAG model-locked attivo-passivo con emissione alla lunghezza d’onda di 532 nm di impulsi con energia/impulso di 30 mJ, larghezza d’impulso ( semilarghezza totale a metà altezza) di 50 ps, frequenza di ripetizione 0-10 Hz, diametro fascio di 7 mm.

 

I campioni utilizzati sono cellule in cultura, tessuti ex vivo e sezioni istologiche criostatate oppure cavie vive anestetizzate. Nel caso delle cellule la durata della misura è limitata dal deperimento del campione per effetto della mancanza delle condizioni di temperatura e di atmosfera ottimali per la loro conservazione. Nel caso dei campioni criostatati e delle cavie in vivo le limitazioni sono imposte dal tempo di termalizzazione con l’ambiente del campione e dalla anestetizzazione che deve essere abbastanza profonda da assicurare l’immobilità della cavia, ma non deve produrre danni all’animale, né alterazioni dei parametri da misurare.

 

Le principali tecniche utilizzate sono:

Spettroscopia ed Imaging di fluorescenza / riflettanza (time integrated) endogena ed esogena mediata da fluorofori e da proteine fluorescenti su tessuti in vivo ed ex vivo e su popolazioni cellulari

Spettroscopia /Imaging di fluorescenza/ riflettanza  (time resolved) endogena ed esogena mediata da fluorofori e da proteine fluorescenti su tessuti in vivo ed ex vivo e su popolazioni cellulari

Fotoattivazione laser di farmaci e sostanze fotoattivanti per la distruzione selettiva di tessuti cancerosi anche in patologie endocavitarie

Analisi quantitativa di immagini di tessuti e di campi cellulari mediante software già disponibili e/o implementazione di software dedicato su piattaforme già esistenti

 

 

I parametri osservati sono l’intensità della radiazione retrodiffusa dal campione o della radiazione di fluorescenza endogena prodotta dai fluorofori naturalmente presenti nei campioni o mediata da opportuni fluorofori immessi nel terreno di cultura e captati dalle cellule o nei tessuti in vivo ed ex vivo attraverso somministrazione nel circolo sanguigno dell’animale.

La strumentazione di rivelazione richiede apparecchiature elettro-ottiche di grande qualità (fotomoltiplicatori, rivelatori a matrice di CCD, oscilloscopi digitali a larga banda passante, spettroscopi a reticolo) con elevata sensibilità e tempi di salita molto brevi, collegati con opportune interfacce a PC che consentono la gestione dei parametri dell’acquisizione dei dati, l’acquisizione stessa dei dati, il preprocessamento dei dati, per valutarne in tempo reale la bontà, ed infine la loro analisi dettagliata con l’estrazione dei parametri da studiare.

 

L’analisi ottica dei campioni biologici risulta quindi rapida, affidabile e soprattutto priva di invasività e di effetti collaterali in quanto le radiazioni VIS e IR sono notoriamente sicure. Inoltre tale analisi si presta molto bene ad applicazioni in vivo che per il momento sono state effettuate su tessuti superficiali di animali di laboratorio, ma che potrebbero facilmente essere estese a pazienti e a tessuti di cavità interne del corpo umano, in quanto la radiazione laser si presta ad essere veicolata in maniera molto semplice attraverso endoscopi flessibili in fibra ottica.

 

Le principali ricerche effettuate attraverso l’analisi ottica dei campioni biologici riguardano la diagnostica tumorale. In particolare è stata studiata la possibilità i) di individuare, attraverso misure spettroscopiche di tessuti normali e neoplastici, la eventuale presenza di fluorofori tipici delle patologie tumorali (fluorescenza endogena); ii) di discriminare i tessuti normali da quelli tumorali, anche in fase precoce di sviluppo, sia in base alla fluorescenza endogena, sia in base alla captazione o coniugazione selettiva di marcatori fluorescenti esogeni (fluorescenza esogena), iii) di individuare i meccanismi di disseminazione tumorale che portano alla produzione di metastasi, iv) di monitorare l’efficacia di trattamenti antiblastici attraverso la riduzione del volume del tumore.

 

 

 

Curriculum breve di G. Roberti

 

  • Nato a Napoli il 28/7/48;
  • Laureato in Fisica il 23/5/73 presso l’Università degli Studi di Napoli summa cum laude;
  • Borsista presso l’Istituto di Fisica Sperimentale dell’Università di Napoli dall’1/2/74 al 30/6/74;
  • Astronomo incaricato presso l’Osservatorio Astronomico di Capodimonte (Napoli) dall’1/7/74 al 31/7/75;
  • Assistente ordinario presso l’insegnamento di Laboratorio di Fisica II del corso di Laurea in Fisica della Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali dell’Università di Napoli giuridicamente dal 16/7/75, ha svolto il relativo servizio dal 1/9/75 al 5/11/85);
  • Professore Associato Confermato di Fisica Medica presso la II Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università di Napoli dal 27/3/85
  • Professore Straordinario di Fisica Medica presso la Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università di Napoli “Federico II” dal 1/11/2001
  • Professore Ordinario di Fisica Medica presso la Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università di Napoli “Federico II” dal 1/11/2004
  • Professore Supplente di Fisica Medica in uno o più dei seguenti Corsi di Laurea: Corso di Laurea in Medicina, Odontoiatria, Tecniche di Radiologia Medica e per Immagini, Tecniche di Laboratorio Biomedico, Tecniche Autoprotesiche, Tecniche Audiometriche, Ortottica, Tecniche di Neurofisiopatologia presso la Facoltà di Medicina (sede Centrale) e Corsi di Laurea in Tecniche di Radiologia Medica e per Immagini ( sede Ruggi D’Aragona), Infermieristica Pediatrica (sede Santobono) e Fisioterapia (sede Cardarelli) a partire dall’a.a.1986-87
  • Incaricato dell’insegnamento annuale di Fisica Medica del Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia presso l’Accademia Aeronautica ininterrottamente dall’a.a. 2009-2010 al presente a.a. 2014-2015
  • Direttore della Scuola di Specializzazione in Fisica Medica dell’Università degli Studi di Napoli “Federico II” dal 1/11/2013.

 

Si è occupato dei seguenti temi di ricerca:

  • Formazione delle righe spettrali nel plasma solare;
  • Studio dei disordini della motilità oculare;
  • Fotoattivazione laser di fotosensibilizzanti;
  • Spettroscopia laser CW e risolta in tempo di tessuti biologici;
  • Trasporto dei fotoni nei mezzi fortemente diffondenti;
  • Diagnostica tumorale in vivo su cavie mediante LIF di fluorofori endogeni o mediata da fluorofori esogeni
  • Diagnostica tumorale in vivo su cavie mediante radionuclidi g-emittenti e rivelatori ibridi a striscia di silicio

 

E’ coautore di quattro testi universitari e di due brevetti.

 

E’ coautore di circa ottanta pubblicazioni su riviste internazionali  e di cento comunicazioni a Congressi Nazionali ed Internazionali.