Les processus clés dans le corps sont contrôlés par la concentration de calcium dans et autour des cellules. Une équipe de l'Université technique de Munich (TUM) et du Helmholtz Zentrum München ont développé la première molécule de capteur capable de visualiser le calcium chez les animaux vivants à l'aide d'une technique d'imagerie sans rayonnement connue sous le nom d'optoacoustique. La méthode n'exige pas que les cellules soient génétiquement modifiées et n'implique aucune exposition aux rayonnements.

Le calcium est un messager important dans le corps. Dans les cellules nerveuses, par exemple, les ions calcium déterminent si les signaux sont transmis à d'autres cellules nerveuses. Et le fait qu'un muscle se contracte ou se détend dépend de la concentration de calcium dans les cellules musculaires. C'est aussi vrai pour le cœur.

« Parce que le calcium joue un rôle si important dans les organes essentiels tels que le cœur et le cerveau, il serait intéressant de pouvoir observer comment les concentrations de calcium changent en profondeur dans les tissus vivants et ainsi d'améliorer notre compréhension des processus pathologiques. Notre molécule capteur est un petit premier pas dans cette direction, " dit Gil Gregor Westmeyer, directeur de l'étude et professeur au Helmholtz Zentrum München. Le professeur Thorsten Bach du département de chimie du TUM a également participé à l'étude, qui a été publié dans le Journal de l'American Chemical Society . Les chercheurs ont déjà testé leur molécule dans le tissu cardiaque et le cerveau de larves vivantes de poisson zèbre.

Mesures de calcium également possibles dans les tissus profonds

Le capteur peut être mesuré à l'aide d'un relativement nouveau, méthode d'imagerie non invasive connue sous le nom d'optoacoustique, ce qui le rend approprié pour une utilisation chez les animaux vivants - et peut-être aussi chez les humains. La méthode est basée sur la technologie des ultrasons, qui est inoffensif pour l'homme et n'utilise aucun rayonnement. Les impulsions laser chauffent la molécule du capteur photo-absorbant dans le tissu. Cela provoque une brève expansion de la molécule, entraînant la génération de signaux ultrasonores. Les signaux sont ensuite détectés par des capteurs à ultrasons et sont traduits en images tridimensionnelles.

La lumière se diffuse lorsqu'elle traverse les tissus. Pour cette raison, les images au microscope optique deviennent floues à des profondeurs de moins d'un millimètre. Cela met en évidence un autre avantage de l'optoacoustique :les ultrasons subissent très peu de diffusion, produisant des images nettes même à des profondeurs de plusieurs centimètres. Ceci est particulièrement utile pour examiner le cerveau, car les méthodes existantes ne pénètrent que quelques millimètres sous la surface du cerveau. Mais le cerveau a une structure tridimensionnelle si complexe avec diverses zones fonctionnelles que la surface n'en constitue qu'une petite partie. Les chercheurs visent donc à utiliser le nouveau capteur pour mesurer les changements de calcium en profondeur dans les tissus vivants. Ils ont déjà obtenu des résultats dans le cerveau des larves de poisson zèbre.

Non toxique et sans rayonnement

En outre, les scientifiques ont conçu la molécule du capteur pour qu'elle soit facilement absorbée par les cellules vivantes. De plus, il est inoffensif pour les tissus et fonctionne en fonction de la couleur :Dès que le capteur se lie au calcium, sa couleur change, qui à son tour modifie le signal optoacoustique induit par la lumière.

De nombreuses méthodes d'imagerie actuellement disponibles pour visualiser les changements de calcium nécessitent des cellules génétiquement modifiées. Ils sont programmés, par exemple, pour devenir fluorescent chaque fois que la concentration de calcium dans la cellule change. Le problème est qu'il n'est pas possible de réaliser de telles interventions génétiques chez l'homme.

Le nouveau capteur surmonte cette limitation, disent les scientifiques. À l'avenir, les chercheurs prévoient d'affiner davantage les propriétés de la molécule, permettant aux signaux du capteur d'être mesurés dans des couches tissulaires encore plus profondes. À cette fin, l'équipe dirigée par Gil Gregor Westmeyer doit générer d'autres variantes de la molécule qui absorbent la lumière d'une longueur d'onde plus longue que celle qui ne peut pas être perçue par l'œil humain.