Pour concevoir le meilleur traitement pour un patient atteint de cancer, les médecins doivent connaître les caractéristiques du cancer dont souffre le patient. Mais l'une des plus grandes difficultés dans le traitement du cancer est que les cellules cancéreuses ne sont pas toutes les mêmes. Même au sein de la même tumeur, les cellules cancéreuses peuvent différer dans leur génétique, comportement, et la sensibilité aux médicaments de chimiothérapie.

Les cellules cancéreuses sont généralement beaucoup plus actives sur le plan métabolique que les cellules saines, et certaines informations sur le comportement d'une cellule cancéreuse peuvent être glanées en analysant son activité métabolique. Mais obtenir une évaluation précise de ces caractéristiques s'est avérée difficile pour les chercheurs. Plusieurs méthodes, y compris les tomographies par émission de position (ou TEP), colorants fluorescents, et les contrastes ont été utilisés, mais chacun a des inconvénients qui limitent leur utilité.

Lihong Wang de Caltech pense qu'il peut faire mieux grâce à l'utilisation de la microscopie photoacoustique (PAM), une technique dans laquelle la lumière laser induit des vibrations ultrasonores dans un échantillon. Ces vibrations peuvent être utilisées pour imager les cellules, vaisseaux sanguins, et tissus.

Wang, Professeur Bren de génie médical et de génie électrique, utilise PAM pour améliorer une technologie existante de mesure du taux de consommation d'oxygène (OCR) en collaboration avec le professeur Jun Zou de la Texas A&M University. Cette technologie existante prend de nombreuses cellules cancéreuses et les place chacune dans des "cubbies" individuels remplis de sang. Les cellules avec des métabolismes plus élevés utiliseront plus d'oxygène et abaisseront le niveau d'oxygène dans le sang, un processus qui est surveillé par un minuscule capteur d'oxygène placé à l'intérieur de chaque casier.

Cette méthode, comme ceux cités précédemment, a des faiblesses. Pour obtenir une taille d'échantillon significative de données métaboliques pour les cellules cancéreuses, les chercheurs devraient intégrer des milliers de capteurs dans une grille. En outre, la présence des capteurs à l'intérieur des cubes peut modifier les taux métaboliques des cellules, ce qui rend les données collectées inexactes.

La version améliorée de Wang supprime les capteurs d'oxygène et utilise à la place PAM pour mesurer le niveau d'oxygène dans chaque casier. Il le fait avec une lumière laser qui est réglée sur une longueur d'onde que l'hémoglobine dans le sang absorbe et convertit en énergie vibratoire - le son. Lorsqu'une molécule d'hémoglobine s'oxygéne, sa capacité à absorber la lumière à cette longueur d'onde change. Ainsi, Wang est capable de déterminer le degré d'oxygénation d'un échantillon de sang en « écoutant » le son qu'il émet lorsqu'il est illuminé par le laser. Il appelle cette microscopie photoacoustique métabolique unicellulaire, ou SCM-PAM.

Dans un nouveau journal, Wang et ses co-auteurs montrent que le SCM-PAM représente une énorme amélioration de la capacité à évaluer l'OCR des cellules cancéreuses. L'utilisation de capteurs d'oxygène individuels pour mesurer l'OCR a limité les chercheurs à analyser environ 30 cellules cancéreuses toutes les 15 minutes. Le SCM-PAM de Wang améliore cela de deux ordres de grandeur et permet aux chercheurs d'analyser environ 3, 000 cellules en 15 minutes environ.

« Nous avons des techniques pour améliorer encore le débit par ordre de grandeur, et nous espérons que cette nouvelle technologie pourra bientôt aider les médecins à prendre des décisions éclairées sur le pronostic et le traitement du cancer, " dit Wang.

Le papier, titré, "Microscopie photoacoustique unicellulaire à haut débit sans étiquette de l'hétérogénéité métabolique intratumorale, " a été publié en ligne par Nature Génie Biomédical le 1er avril.