Les scientifiques réduisent la taille et les coûts des microscopes médicaux pour permettre de les utiliser plus largement, et les mettre en contact avec des experts capables de diagnostiquer une maladie même de loin.

Tomber malade dans une partie reculée du monde peut signifier des difficultés à trouver les bons soins. Même là où une aide médicale est disponible, il peut être impossible d'obtenir un diagnostic définitif en raison d'un manque d'expertise spécialisée et d'équipement de laboratoire, comme les microscopes.

La miniaturisation avancée signifie que les patients pourraient bénéficier d'un "microscope sur puce, " selon le docteur Angel Dieguez, maître de conférences au Département d'électronique et de génie biomédical de l'Université de Barcelone, Espagne.

Il dirige un projet appelé ChipScope, qui utilise certaines des plus petites sources lumineuses jamais fabriquées pour repousser les limites de l'optique conventionnelle, dans un appareil potentiellement assez compact pour tenir dans une poche.

"Il peut être possible pour un téléphone mobile modifié d'avoir des images du nano-monde, " a déclaré le Dr Dieguez.

Images d'ombre

Le prototype de ChipScope illumine un échantillon de tissu à l'aide d'un réseau de minuscules diodes électroluminescentes (DEL) - parmi les plus petites jamais fabriquées - pour créer des images d'ombre de l'échantillon. Ces images sont ensuite capturées à l'aide d'un détecteur suffisamment sensible pour détecter des photons uniques et traitées pour produire une image complète.

Grâce à un contrôle très précis de ces LED, qui sont environ 1, 000 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain, le système d'imagerie ChipScope a une résolution spatiale d'un peu moins de 200 nanomètres, ce qui est la limite habituelle avec la lumière visible.

Le microscope de ChipScope utilise certaines des plus petites diodes électroluminescentes jamais fabriquées pour créer des images d'ombre de l'échantillon. Crédit image—TU Braunschweig

'(En) déclenchant ces minuscules LED individuellement, et en séquence, nous pouvons additionner les images d'ombre pour construire une image de l'échantillon, " a déclaré le Dr Dieguez.

Compte tenu des aspects pratiques du positionnement d'échantillons de tissus ou de bactéries sur un détecteur aussi petit, ChipScope travaille sur un petit outil d'analyse pour positionner l'échantillon entre les LED et le capteur.

Le mécanisme en cours de développement utilise une quantité infime de liquide et des pompes de haute précision pour manipuler l'échantillon à travers des canaux dans une lame en plastique et dans le champ de vision, qui est d'environ 10 microns, juste en dessous de la taille d'une cellule humaine moyenne.

Le microscope pourrait également être utilisé pour identifier et étudier des agents pathogènes, comme les bactéries de la tuberculose dans les expectorations d'un patient.

Mais en dehors du domaine médical mobile, ChipScope pourrait jouer un rôle dans la surveillance environnementale, comme l'évaluation de la qualité de l'eau ou l'examen des particules dans l'air pollué, dit le Dr Dieguez.

Il pourrait facilement fournir des images de nanoparticules en suspension dans l'air, y compris ceux inférieurs à 2,5 microns, considéré comme le plus dangereux pour la santé humaine.

Le Dr Dieguez estime que le microscope et l'électronique de contrôle coûtent moins de 1 €. 000 pour le prototype en cours de développement, et que d'autres développements et économies d'échelle pourraient ramener ce montant à 10 € environ.

Alors que ChipScope rétrécit les sources lumineuses et capture les ombres d'un spécimen, un autre nouveau système, développé par Grundium de Finlande, utilise des scans répétés avec une lumière colorée pour assembler une image numérique qui peut ensuite être analysée par un spécialiste ou un logiciel de diagnostic intelligent.

"Quiconque peut préparer une diapositive peut utiliser la technologie."

Mika Kuisma, PDG, Grundium

Rouge, vert et bleu

Le microscope à balayage numérique Grundium effectue des numérisations haute résolution d'un échantillon de tissu, effectuées séparément en rouge, lumière verte et bleue, qui peuvent ensuite être combinées pour analyser des échantillons à différentes couches, ainsi que maximiser la résolution et le niveau de détail.

Les images numériques peuvent être affichées sur n'importe quel appareil doté d'une connexion Internet et d'un navigateur Web, pour une analyse sur place ou partagée en ligne pour être étudiée partout dans le monde. Le système produit des images dans une gamme de formats numériques compatibles avec des applications de diagnostic sophistiquées capables de reconnaître des modèles d'infection ou des signatures de maladie, comme le cancer, qui peut parfois être manqué par même l'œil humain le mieux entraîné.

Le diagnostic intelligent est un axe de croissance majeur de la médecine numérique, étant donné une pénurie mondiale de pathologistes et le besoin accru d'analyses tissulaires, comme en témoigne l'explosion de la demande pour une telle expertise dans le cadre de la pandémie mondiale de COVID-19.

L'approche de Grundium est de développer et de combiner du matériel, optique et logiciel pour travailler ensemble, a déclaré le directeur général Mika Kuisma, plutôt que d'adapter un classique, système analogique au monde numérique.

Il estime qu'environ 20% seulement des utilisateurs potentiels tels que les laboratoires de pathologie et les cliniques de petite ou moyenne taille ont accès à des outils de numérisation numérique, et que réduire les coûts et la taille de l'équipement peut ouvrir la porte plus large à la pathologie numérique.

« Nous essayons de démocratiser l'accès aux services de diagnostic professionnel, " dit Kuisma, ancien ingénieur de la société de télécommunications mobiles Nokia.

« Le potentiel est énorme, " il ajouta, notant que l'entreprise voit un marché d'environ 10, 000 petites et moyennes cliniques ou laboratoires de pathologie rien qu'en Europe et en Amérique du Nord et un marché mondial d'environ 5 milliards d'euros d'ici 2023.

Une fois les échantillons numérisés et leurs images enregistrées et stockées, toutes les informations nécessaires sont disponibles pour le diagnostic, sans avoir besoin de conserver ou de transporter l'échantillon d'origine vers un laboratoire distant.

Le microscope de Grundium produit des images numériques qui peuvent être analysées sur place ou partagées en ligne pour être étudiées partout dans le monde. Crédit image—Mikko Malmivaara, Grundium Ltée

Kenya

Dans un pilote de cette approche, Grundium travaille avec une clinique du Kenya rural depuis 2018 pour diagnostiquer le cancer du col de l'utérus. Le personnel de la clinique utilise le microscope pour scanner des échantillons de tissus et les images sont ensuite partagées en ligne pour être instantanément disponibles pour examen par un pathologiste à Helsinki, Finlande. En travaillant avec les autorités sanitaires locales, Kuisma pense que les résultats aideront les patients à obtenir un meilleur traitement.

Les produits de Grundium sont sur le marché pour environ 15€, 000, mais Kuisma voit cela se réduire avec des économies d'échelle et s'attend à proposer un produit à moins de 10 €, 000 dans les prochaines années. Cela se compare aux systèmes existants qui peuvent coûter 20 fois plus.

Bien que cela puisse encore être hors de portée pour les petites cliniques des pays en développement, Grundium voit des possibilités de collaboration dans ces circonstances avec des partenaires compétents et la possibilité de tarifs spéciaux où la technologie pourrait être avantageuse.

La préparation des échantillons ne coûte que quelques centimes, le même que pour tout microscope optique, et ne nécessite pas de médecin spécialiste, Kuisma a dit, ajoutant que d'autres applications potentielles incluent des systèmes destinés à être utilisés en médecine vétérinaire.

« Quiconque peut préparer une diapositive peut utiliser la technologie, " il ajouta.

En mettant la technologie à la portée des cliniques et des hôpitaux de petite ou moyenne taille, il voit le potentiel de relier les patients à des diagnostics intelligents et à une expertise médicale qui seraient autrement hors de portée.