Quand on regarde des cellules biologiques au microscope, ils ne sont généralement pas très colorés. Normalement, pour les visualiser, nous devons ajouter artificiellement de la couleur, généralement par coloration. En faisant cela, nous pouvons voir leur forme et leur disposition dans un tissu et déterminer s'ils sont sains ou non.

Parfois, bien que, la structure cellulaire seule n'est pas suffisante pour identifier avec précision la maladie, ce qui peut entraîner un diagnostic erroné et des conséquences potentiellement mortelles pour un patient. Mais et s'il y avait un moyen non seulement de voir la structure des cellules, mais aussi déterminer s'ils sont anormaux, simplement en regardant leur couleur intrinsèque au microscope ?

C'était l'objectif de notre équipe alors que nous développions un nouvel outil de diagnostic médical appelé NanoMslide. Nous avons modifié une lame de microscope standard pour en faire un outil puissant pour la détection du cancer du sein. Notre recherche est publiée aujourd'hui dans La nature .

La détection précoce est la clé

On estime qu'une Australienne sur huit recevra un diagnostic de cancer du sein avant l'âge de 85 ans. Comme pour la plupart des cancers, attraper la maladie tôt est essentiel. Cependant, un diagnostic précis des premiers stades du cancer du sein nécessite l'identification d'un petit nombre de cellules malades dans un tissu, ce qui peut être incroyablement difficile.

Le NanoMslide peut manipuler la lumière à l'échelle nanométrique, provoquant l'"éclairage" des cellules avec un contraste de couleurs vif. Cela facilite la reconnaissance des cellules potentiellement cancéreuses (ou des anomalies bénignes) dans le tissu.

En fournissant un moyen de distinguer instantanément quelles cellules pourraient être cancéreuses, l'outil peut aider à réduire l'incertitude actuelle concernant la détection du cancer du sein à un stade très précoce. Avec le dépistage par mammographie, distinguer les anomalies mammaires des cancers du sein précoces lors de la biopsie est très important, d'autant plus que les taux d'erreurs de diagnostic peuvent atteindre 15 %.

Des obstacles majeurs au développement

L'intégration de la nanotechnologie dans le diagnostic médical présente un certain nombre de défis. Il nous a fallu six ans de développement pour nous assurer que NanoMslide fonctionnerait efficacement. En fin de compte, c'était une combinaison de nanofabrication de pointe, une quantité importante d'essais et d'erreurs et un peu de chance qui ont conduit à notre percée.

Depuis des décennies, les chercheurs savent que les cellules cancéreuses ont tendance à interagir avec la lumière d'une manière différente des cellules saines. Cela est dû à divers facteurs, telles que la distribution des protéines à l'intérieur de la cellule et les différences dans sa forme globale.

Le principal défi est que ces différences peuvent être extrêmement subtiles et peuvent se présenter de diverses manières. Les approches précédentes pour différencier les cellules cancéreuses (sans utiliser de colorants ni d'étiquettes) ont eu tendance à utiliser un équipement de microscopie spécialisé, ou des techniques complexes.

Mais ces approches sont difficiles à intégrer dans les flux de travail de pathologie existants et peuvent nécessiter une formation et des connaissances spécialisées. Nous avons donc adopté une approche radicalement différente.

Succès avec les tissus humains

Plutôt que de se concentrer sur le développement d'un meilleur microscope, nous nous sommes plutôt concentrés sur l'amélioration de la lame de microscope.

En développant un revêtement nanofabriqué spécial, nous avons modifié la surface d'une lame de microscope ordinaire et l'avons transformée en un immense capteur. Ce qui est vraiment remarquable, c'est que les structures du capteur ne mesurent que quelques centaines de nanomètres de diamètre, sont pourtant répétés avec une précision étonnante sur une surface de plusieurs dizaines de centimètres, ou plus.

En maintenant ce niveau de précision, ce qui est nécessaire pour une fabrication fiable à cette échelle, a pris des avancées dans les techniques de nanofabrication qui ne sont devenues disponibles dans le commerce qu'au cours des six dernières années.

Le capteur est activé par la lumière visible. Et lorsqu'un objet tel qu'un tissu ou une seule cellule entre en contact avec la surface du capteur, les couleurs sont produites. C'est cette fonctionnalité que nous avons pu optimiser pour permettre aux pathologistes de détecter les cellules probablement cancéreuses, juste en les regardant.

Les colorants qui sont actuellement utilisés pour colorer les tissus (pour visualiser la forme et l'architecture des cellules) se présentent normalement sous la forme d'une ou deux couleurs. Le NanoMslide rend les tissus dans un magnifique contraste de couleurs, ce qui facilite la différenciation de plusieurs types de cellules sur une seule diapositive.

Pour notre étude, nous avons testé les lames avec des pathologistes experts du cancer du sein, en utilisant à la fois un modèle de souris et des tissus de patients. En partant d'un modèle de petit animal bien caractérisé, notre équipe de physiciens, les chercheurs sur le cancer et les pathologistes du sein ont pu développer davantage la technologie.

Nous avons finalement atteint le point où nous pouvions être sûrs que certaines des couleurs spécifiques visibles étaient indicatives de cellules cancéreuses. Cela a conduit à d'autres évaluations de la pathologie avec les tissus du patient, où il y a plus de complexité à gérer en termes de diagnostic.

Encore, même dans ce cadre plus difficile, le NanoMslide s'est très bien comporté. Il a également surperformé certains biomarqueurs commerciaux, qui sont utilisés comme aide pour les diagnostics limites (où le cancer est difficile à distinguer des anomalies bénignes).

Comme passer du noir et blanc à la télévision couleur

Parce que la technologie ne repose sur aucune fonction spéciale, ou des interactions moléculaires spécifiques, il pourrait potentiellement être appliqué à d'autres types de cancer, voire à d'autres types de maladies. Une autre application en cours d'élaboration consiste à examiner les résultats de biopsies liquides, tels que les écouvillons de joue, pour une analyse immédiate au point de service.

En avril, nous avons eu la chance de bénéficier de l'ouverture d'un nouvel instrument à l'Australian National Fabrication Facility pour permettre l'augmentation de la production. Cela signifie que NanoMslide peut être déplacé d'une fabrication à petite échelle à une fabrication à moyenne échelle, nous permettant d'explorer un certain nombre d'applications différentes, et produire le nombre de lames nécessaires pour une validation clinique ultérieure.

La technologie pourrait également être extrêmement bénéfique pour l'espace croissant de la pathologie numérique, où les couleurs vives générées par NanoMslide pourraient aider à développer des algorithmes d'intelligence artificielle de nouvelle génération pour identifier les signes de maladie.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.