Investigating tattoo particles in the porcine model using X-ray phase-contrast tomography

Per milioni di persone nelle nazioni industrializzate, la pelle è una tela, decorata con inchiostro che è stato dimostrato migrare oltre la superficie. Quando un tatuaggio viene applicato, l'ago deposita il pigmento in profondità nel derma, lo strato spesso della pelle sottostante la superficie. Sebbene il corpo tratti queste particelle estranee come un intruso, inviando cellule immunitarie al sito, il viaggio a lungo termine di questi pigmenti è rimasto in gran parte un mistero. Gli scienziati sanno da tempo che le particelle di inchiostro possono viaggiare dalla pelle ai linfonodi, ma la meccanica precisa di come si muovano, di come si raggruppino e di come il corpo reagisca ad esse nel tempo è stata difficile da osservare. Questa incertezza è particolarmente pressante perché certi colori, specialmente il rosso, sono noti per scatenare gravi reazioni allergiche in alcuni individui, eppure il comportamento specifico delle particelle che causano tali reazioni non è ancora pienamente compreso. Senza un modo chiaro per vedere queste minuscole particelle all'interno del tessuto vivente, i regolatori e i medici hanno faticato ad valutare la sicurezza degli inchiostri per tatuaggi o a spiegare perché alcune persone reagiscano così violentemente a essi.

Per risolvere questo enigma, un team di ricercatori si è rivolto a una combinazione unica di strumenti di imaging avanzati per guardare all'interno della pelle tatuata con una chiarezza senza precedenti. Hanno scelto di studiare un modello su porco, poiché la pelle del maiale assomiglia molto alla pelle umana sia per spessore che per consistenza, rendendolo un sostituto ideale per la biologia umana. In un esperimento controllato, hanno tatuato la coscia interna dei maiali con un inchiostro blu e hanno poi prelevato piccoli campioni di pelle a una settimana, due settimane e quattro settimane dopo la procedura. Per vedere cosa stesse accadendo all'interno, non si sono affidati a un singolo metodo, ma hanno sovrapposto tre diversi tipi di imaging a raggi X ed elettronico. Per prima cosa, hanno utilizzato una tecnica chiamata micro-tomografia computerizzata, che crea una mappa tridimensionale del tessuto, consentendo loro di vedere la forma complessiva degli strati cutanei e dove si erano depositati i grandi ammassi di inchiostro. Successivamente, hanno ingrandito con uno strumento molto più potente, la nano-tomografia computerizzata, capace di risolvere la struttura interna di quei grumi per vedere se le singole particelle si fossero fuse insieme o fossero rimaste separate. Infine, hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione, un metodo che utilizza un fascio di elettroni invece dei raggi X, per visualizzare le particelle singole più piccole e identificare la specifica composizione chimica dell'inchiostro.

I risultati hanno rivelato una storia dinamica della reazione immediata del corpo all'inchiostro. Nella prima settimana dopo il tatuaggio, la pelle mostrava un gonfiore significativo, segno che il sistema immunitario stava rispondendo attivamente al materiale estraneo. Le particelle di inchiostro si erano accumulate appena sotto lo strato esterno della pelle, ma non stavano ferme; il tessuto intorno a esse era infiammato. Alla seconda settimana, il gonfiore aveva iniziato a diminuire e il sistema immunitario sembrava tentare di incapsulare i cluster di inchiostro, cercando essenzialmente di isolarli e di espellerli dal corpo. Alla quarta settimana, l'infiammazione era in gran parte scomparsa e le particelle di inchiostro si erano assestate in una posizione più stabile e stazionaria all'interno dello strato superiore del derma. I ricercatori hanno anche osservato che l'inchiostro non si diffondeva uniformemente in tutta la pelle, ma formava distinti agglomerati, o grumi, che gli strumenti di imaging potevano tracciare in tre dimensioni.

Tuttavia, lo studio ha anche rivelato un limite significativo nel modo in cui misuriamo attualmente queste particelle. Quando i ricercatori hanno cercato di calcolare il volume totale del pigmento di biossido di titanio basandosi sulle immagini, hanno scoperto che le loro scansioni potevano rilevare solo una minima frazione di ciò che era effettivamente presente. Hanno recuperato solo circa il 6,4 percento del contenuto di pigmento previsto. Ciò è accaduto perché molte delle singole particelle di inchiostro erano troppo piccole per essere viste dallo scanner a raggi X su scala maggiore, e quelle che erano visibili spesso mancavano di bordi netti, rendendo difficile contarle con precisione. L'imaging nano ad alta risoluzione ha mostrato che, anche all'interno dei grumi visibili, le singole particelle non erano fuse in una singola massa solida; al contrario, rimanevano separate dal tessuto molle. Questo reperto suggerisce che l'inchiostro non si limita a dissolversi o a fondersi in una massa uniforme, ma mantiene una struttura complessa e frammentata che è difficile da quantificare con i metodi di scansione standard.

L'indagine ha esaminato anche campioni di pelle umana, incluso uno appartenente a un paziente con una grave reazione allergica a un pigmento rosso sconosciuto. Sebbene il pigmento rosso stesso fosse troppo tenue per essere visto direttamente dagli scanner a raggi X, il danno che causava al tessuto era chiaramente visibile. La pelle umana mostrava un modello di reazione diverso rispetto alla pelle del maiale, con un ispessimento e una rottura dello strato esterno della pelle e un accumulo denso di cellule immunitarie, confermando che l'inchiostro rosso aveva scatenato una risposta infiammatoria più aggressiva. Il microscopio elettronico era l'unico strumento capace di vedere l'effettiva particella di pigmento rosso, rivelando che esse si raggruppavano molto meno rispetto alle particelle di inchiostro blu. Questa differenza nel modo in cui le particelle si raggruppano, combinata con il loro debole segnale nelle scansioni a raggi X, spiega perché l'inchiostro rosso sia così difficile da rilevare con l'imaging standard e perché possa causare problemi così distinti per il sistema immunitario.

Combinando questi tre tipi di tecniche di imaging, i ricercatori hanno costruito un quadro completo che spazia dall'intero pezzo di pelle fino al livello di una singola nanoparticella. Hanno dimostrato che, mentre le scansioni su larga scala possono mostrare dove va l'inchiostro e come la pelle si gonfia, esse perdono i dettagli fini delle singole particelle. Solo osservando lo stesso campione con strumenti via via più potenti hanno potuto vedere che l'inchiostro rimane una collezione di particelle separate tenute insieme dal tessuto, piuttosto che un unico oggetto fuso. Questo approccio multi-scala fornisce un nuovo quadro per comprendere la sicurezza dei tatuaggi, mostrando che il comportamento dell'inchiostro è molto più complesso di quanto precedentemente pensato. Suggerisce che gli studi futuri debbano guardare oltre le semplici misurazioni di volume per comprendere come queste particelle interagiscono con il corpo, un passo cruciale per migliorare la sicurezza degli inchiostri per tatuaggi e gestire le reazioni allergiche che colpiscono così tante persone.