Il Cardiac Imaging Lab si occupa di imaging cardiaco mediante microscopia ad accesso casuale, controllo ottico d’attività cardiaca e citoarchitettura dell’intero cuore con risoluzione micrometrica

1. Dott. Leonardo Sacconi
Istituto Nazionale di Ottica (INO-CNR)
Cardiac Imaging Lab
Cardiac Imaging Lab
https://cardiac.ino.cnr.it

2. L'attività
di ricerca
Il gruppo di imaging cardiaco sviluppa metodologie ottiche innovative per aumentare la nostra
comprensione della fisiologia cardiaca. La microscopia multi-fotonica ad accesso casuale è stata
sviluppata e utilizzata per misurare simultaneamente i potenziali d'azione e i transitori di calcio
intracellulari in più siti di cellule cardiache sane e patologiche. Il nostro laboratorio studia anche la
propagazione del potenziale d'azione a livello dell’intero cuore. A questo proposito, abbiamo
sviluppato un sistema ottico in grado di mappare e controllare la propagazione del potenziale
d'azione in cuori perfusi. Il sistema è stato implementato con un dispositivo a micro-specchi digitali in
grado stimolare il cuore optogeneticamente con pattern arbitrariamente scelti. Recentemente è stata
dimostrata una manipolazione in tempo reale del fronte di propagazione elettrico, aprendo nuove
prospettive sia sulla risincronizzazione in tempo reale che defibrillazione cardiaca. Gli studi funzionali
sono combinati in modo correlativo con la citoarchitettura del cuore intero. Combiniamo i progressi
della microscopia a foglio luminoso con tecniche di sbiancamento tissutale (basata su
CLARITY/SHIELD) per ricostruire l'organizzazione tridimensionale del sistema di conduzione
cardiaco nell'intero cuore del topo.
Attività di ricerca:
i) Imaging cardiaco mediante microscopia ad accesso casuale
ii) Controllo ottico d’attività cardiaca
iii) Citoarchitettura dell’intero cuore con risoluzione micrometrica

3. Disegni e
Immagini
Imaging cardiaco mediante microscopia ad accesso casuale
Crocini et al. PNAS (2014)
I potenziali d'azione, attraverso il sistema tubolare (TATS), attivano in modo sincrono un rilascio
uniforme di Ca2+ in tutto il cardiomiocita. Di recente, è stato sviluppiamo un metodo di imaging per
valutare simultaneamente l'attività elettrica TATS e il rilascio locale di Ca2+.

4. Disegni e
Immagini
Controllo ottico d’attività cardiaca
Qui, abbiamo sviluppato una piattaforma completamente ottica integrata ad un software di nuova
concezione per monitorare e controllare l'attività elettrica nei cuori di topi intatti. Il sistema ha
combina un mesoscopio ad ampio campo con un proiettore digitale per l'attivazione optogenetica.
La metodologia è stata applicata per ripristinare la normale attività elettrica dopo il blocco
atrioventricolare, attivando il ventricolo in risposta all'attività atriale mappata otticamente. È stata
inoltre dimostrata la manipolazione intraventricolare in tempo reale del fronte di propagazione
elettrico, aprendo la prospettiva per la terapia di risincronizzazione in tempo reale e la defibrillazione
cardiaca.
Scardigli et al. J. Physiol (2014)

5. Disegni e
Immagini
Microscopia mesoSPIM
Giardini et al. (2021)
Imaging ottico mesoscopico dell'intero cuore del topo
Sia le malattie cardiache genetiche che quelle non genetiche possono causare gravi processi di
rimodellamento nel cuore. Il rimodellamento strutturale, come la deposizione di collagene (fibrosi) e
il disallineamento cellulare, possono influenzare la conduzione elettrica, introdurre disfunzioni
elettromeccaniche e, infine, portare ad aritmie. Gli attuali modelli predittivi di queste alterazioni
funzionali si basano su informazioni strutturali non integrate e a bassa risoluzione. Qui abbiamo
sviluppato una nuova metodologia che consente l'imaging di cuori di topo intero con risoluzione
micrometrica.

6. Disegni e
Immagini
Citoarchitettura dell’intero cuore con risoluzione micrometrica

7. Strumenti, Tecnologie e Servizi
i) Microsocpio Random-access multi-fotone
ii) Sistema di mappaggio ottico
iii) Stimolatore ottico su base DMD
iv) Facility di trasformazione tissutale
v) Micorscopio mesoSPIM

8. Possibili
applicazioni e
collaborazioni
Possibili collaborazioni
- Industrie farmaceutiche
- Aziende ospedaliere
- Industrie per lo sviluppo di metodologie ottiche e software di analisi
Possibili applicazioni
- Studi farmacologici in ambito delle cardiomiopatie e farmacovigilanza.
- Istopatologia 3d
- Sviluppo di software avanzati per imaging medicale

9. Ufficio di Trasferimento Tecnologico
Sede: INO-CNR, via Nello Carrara 1, 50019 Sesto F.no (FI)
Sito web: https://cardiac.ino.cnr.it
E-mail: sacconi@lens.unifi.it
Ufficio Regionale di Trasferimento Tecnologico
Sede: Via Luigi Carlo Farini, 8 - 50121 Firenze, FI
E-mail: urtt@regione.toscana.it
Per maggiori informazioni
Per maggiori informazioni