Zones d'hypoxie, ou faible teneur en oxygène dans les tissus, sont des signes distinctifs de cancers à croissance rapide et d'obstructions ou de rétrécissement des vaisseaux sanguins, comme un accident vasculaire cérébral ou une maladie artérielle périphérique. Des chercheurs de l'Université de l'Illinois ont mis au point un moyen de trouver des taches hypoxiques de manière non invasive en temps réel.

Les chercheurs ont développé une balise moléculaire sensible à l'oxygène qui émet des signaux ultrasonores en réponse à la lumière, un processus appelé imagerie photoacoustique - un procédé moins invasif, une résolution plus élevée et une méthode moins coûteuse que la norme clinique actuelle, qui utilise des molécules radioactives et des tomographies par émission de positons. Dans un article publié en Communication Nature , les chercheurs ont démontré la capacité de la sonde à imager les tumeurs hypoxiques et les artères rétrécies chez la souris.

« Nous pourrions donner à un médecin une image tridimensionnelle, vue en temps réel dans le tissu pour guider les procédures chirurgicales et les plans de traitement, " a déclaré le professeur de chimie Jefferson Chan, le chef de l'étude. L'étudiante diplômée Hailey Knox et le professeur de bio-ingénierie Wawrzyniec Lawrence Dobrucki étaient les co-auteurs de l'article.

"La capacité de détecter cela d'une manière qui ne nécessite pas de chirurgie ou ne repose pas sur des méthodes indirectes est vraiment puissante, parce que vous pouvez réellement le voir au fur et à mesure qu'il se développe, " dit Chan.

Les méthodes actuelles de détection de l'hypoxie dans les tissus ne peuvent identifier que l'hypoxie chronique, et ne peut donc pas aider les médecins à trouver des cancers agressifs ou des affections aiguës comme un accident vasculaire cérébral qui nécessitent une intervention immédiate, dit Chan. De telles méthodes sont limitées aux procédures invasives impliquant de grosses aiguilles à électrodes ou à l'imagerie indirecte avec des sondes radioactives, qui présente les défis supplémentaires d'activation et d'interférence hors cible.

Les sondes moléculaires développées par le groupe de Chan ne deviennent actives que lorsque l'oxygène fait défaut. Lorsqu'il est excité par la lumière, ils produisent un signal ultrasonore, permettant une imagerie 3D directe des zones hypoxiques. Ils ont testé le système sur des cultures cellulaires, puis chez des souris vivantes atteintes d'un cancer du sein et des souris avec des artères rétrécies dans les jambes.

"Le système que nous avons utilisé dans cette étude est un système préclinique pour les animaux. Cependant, en milieu clinique, vous pouvez prendre un appareil à ultrasons ordinaire et l'équiper d'une source lumineuse - vous pouvez acheter des LED pour environ 200 $ qui sont suffisamment puissantes et sûres pour les applications cliniques, " a déclaré Chan. Les médecins administreraient les molécules photoacoustiques au patient, soit par injection dans une veine, soit directement sur un site tumoral, puis utilisez la machine à ultrasons modifiée pour visualiser la zone d'intérêt.

Les chercheurs ont découvert que leur méthode photoacoustique pouvait détecter l'hypoxie quelques minutes seulement après la constriction de l'artère d'une souris, prometteur pour trouver rapidement des sites d'AVC ou des caillots sanguins dans les tissus profonds. Chez les souris atteintes de cancer, les sondes activées détaillées, Imagerie échographique 3-D des tumeurs hypoxiques.

"Nous savons que beaucoup de tumeurs sont hypoxiques, tant de nouveaux traitements ont été développés qui sont activés dans des conditions de carence en oxygène. Mais ils ont été incohérents dans les essais cliniques, car toutes les tumeurs ne sont pas hypoxiques, " a déclaré Chan. "Cela donne aux scientifiques et aux médecins un moyen d'examiner de manière non invasive l'intérieur des tumeurs et de déterminer si la tumeur d'un patient est hypoxique et s'ils seraient un bon candidat pour un nouveau médicament. Si la tumeur n'a pas l'air très hypoxique, ils devraient suivre un plan de traitement différent."

Un autre avantage est le faible coût de production des molécules et leur longue durée de conservation, les chercheurs ont dit. Ils peuvent rester stables pendant des années, alors que les molécules radioactives doivent être utilisées peu de temps après leur fabrication et nécessitent une formation spéciale pour leur utilisation.

Le groupe de Chan explore d'autres types de molécules photoacoustiques qui pourraient imager d'autres conditions. Par exemple, ils travaillent sur des sondes capables de détecter des cancers spécifiques afin de trouver tous les endroits où le cancer s'est propagé ou métastasé dans le corps d'un patient.

« Non seulement vous pouvez détecter un cancer et découvrir ses propriétés, mais il a beaucoup d'avenues pour les soins aux patients. Nous pouvons regarder l'ensemble de l'iceberg au lieu de la pointe de l'iceberg, " dit Chan.