Dans une étape importante vers le diagnostic endoscopique du cancer, les chercheurs ont développé une sonde à fibre optique portable qui peut être utilisée pour effectuer plusieurs techniques d'imagerie non linéaire sans avoir besoin de coloration des tissus. La nouvelle sonde d'imagerie multimodale utilise un laser ultrarapide pour créer des effets optiques non linéaires dans les tissus qui peuvent révéler le cancer et d'autres maladies.

Aujourd'hui, le cancer est généralement diagnostiqué en prélevant un peu de tissu avec une biopsie, puis en envoyant ce tissu à un pathologiste spécialement formé qui colore le tissu et utilise un microscope pour rechercher les cellules cancéreuses. La possibilité pour les médecins de sauter la biopsie et d'utiliser un endoscope d'imagerie multimodale pour diagnostiquer le cancer sur place permettrait de gagner un temps précieux et pourrait également permettre aux chirurgiens de différencier plus facilement les tissus cancéreux des tissus sains pendant la chirurgie.

Avec la nouvelle sonde, les techniques d'imagerie qui nécessitaient auparavant des instruments de table encombrants peuvent être réalisées avec un appareil portatif mesurant seulement 8 millimètres de diamètre, environ le même diamètre qu'un stylo à bille. Si miniaturisé davantage, la sonde pourrait facilement être intégrée dans un endoscope pour une imagerie multimodale non linéaire à l'intérieur du corps.

"Nous l'espérons, un jour, les techniques d'imagerie endoscopique multimodale pourraient aider les médecins à prendre des décisions rapides pendant la chirurgie, sans avoir besoin de faire des biopsies, en utilisant des traitements de coloration ou en réalisant des procédures histopathologiques complexes, " a déclaré Jürgen Popp, de l'Institut Leibniz de technologie photonique à Iéna, Allemagne et auteur principal de l'article.

Les chercheurs détaillent leur nouvelle sonde portative dans Optique , Le journal de l'Optical Society pour la recherche à fort impact. C'est la première sonde miniaturisée d'imagerie biologique multimodale à intégrer une fibre d'imagerie multicœur, un type de fibre optique constitué de plusieurs milliers d'éléments de guidage de lumière. Cette fibre d'imagerie spéciale a permis aux chercheurs de garder toutes les pièces mobiles et l'alimentation électrique à l'extérieur de la tête de la sonde, rendant la sonde facile et sûre à utiliser dans le corps.

Les chercheurs ont testé la sonde avec de nombreux types d'échantillons de tissus, mais parce qu'il est actuellement conçu pour le mode de vue avant, les principales applications de la sonde incluraient probablement la peau, chirurgie du cerveau ou de la tête et du cou. Ils travaillent à la mise en œuvre d'un mode de vue latérale qui pourrait être utilisé pour étudier les organes creux et les artères tels que le côlon, vessie ou aorte.

Un mini-microscope

"La nouvelle sonde sert de microscope miniaturisé qui utilise des lasers dans le proche infrarouge pour étudier les tissus, " a déclaré Popp. "Différents composants du tissu biologique réagissent différemment aux lasers d'excitation, et leur réponse unique nous donne des informations sur la composition moléculaire et la morphologie du tissu."

La sonde d'imagerie multimodale portable peut acquérir simultanément plusieurs types d'images :diffusion Raman anti-stokes cohérente, génération de deuxième harmonique et auto-fluorescence excitée à deux photons. Ces techniques d'imagerie non linéaire se sont avérées utiles pour le diagnostic clinique, y compris l'identification des cellules cancéreuses, mais il a été difficile de miniaturiser l'instrumentation requise pour une utilisation à l'intérieur du corps.

La taille réduite de la sonde vient de son utilisation d'indice de gradient, ou SOURIRE, lentilles pour focaliser la lumière laser. Par rapport aux lentilles sphériques traditionnelles qui utilisent des surfaces de forme compliquée pour focaliser la lumière, Les lentilles GRIN peuvent être très petites car elles focalisent la lumière grâce à des changements continus d'indice de réfraction dans le matériau de la lentille. L'équipe de recherche de Popp a collaboré avec des scientifiques de Grintech Gmbh qui ont conçu des lentilles GRIN de seulement 1,8 millimètre de diamètre et ont aidé à incorporer l'ensemble de lentilles robuste dans un petit boîtier en aluminium.

Les endoscopes conçus pour l'imagerie non linéaire utilisent généralement des miroirs mobiles et des dispositifs électromécaniques pour le balayage laser point par point dans la tête de la sonde. L'utilisation de la fibre d'imagerie multicœur a permis aux chercheurs de réduire davantage la taille de l'appareil en déplaçant le balayage laser hors de la tête de la sonde et loin du site d'échantillonnage. Parce que les milliers d'éléments de guidage de la lumière de la fibre, ou noyaux, préserver la relation spatiale de la lumière entre les deux extrémités de la fibre, le balayage peut être effectué à l'extrémité opposée de la fibre, rendant une approche endoscopique beaucoup plus facile.

"Par rapport à d'autres approches d'imagerie non linéaire endoscopique, notre sonde fibre se distingue par sa simplicité, " a déclaré Popp. " Étant donné qu'aucune pièce mobile n'est incorporée dans la tête de la sonde, les défauts d'alignement possibles dans l'optique sont limités et la durée de vie globale de la sonde est augmentée."

Imagerie multimodale des tissus

Les chercheurs ont démontré les capacités uniques de la fibre d'imagerie multicœur en déplaçant une extrémité de la sonde sur un échantillon et en transférant les images acquises à l'autre extrémité. "Ce n'est pas une tâche triviale car les cœurs de la fibre d'imagerie diffèrent en taille et en forme, empêchant un couplage efficace et homogène des lasers d'excitation, " dit Popp. " De plus, nous avons dû faire face à des effets indésirables tels que différentes longueurs d'onde interagissant à l'intérieur de la fibre et un couplage de lumière cœur-à-cœur. »

Ils ont également démontré que la sonde pouvait acquérir une diffusion Raman anti-stokes cohérente distincte, Génération de deuxième harmonique et images d'autofluorescence excitées à deux photons d'échantillons de tissus cutanés humains sains avec une résolution de 2048 x 2048 pixels pour une zone scannée de 300 x 300 microns. Cette résolution et ce champ de vision sont suffisants pour identifier les frontières tumorales, et la sonde peut être déplacée sur la surface des tissus pour obtenir un aperçu de la zone touchée.

Les chercheurs travaillent à utiliser des algorithmes pour améliorer la qualité des images multimodales, qui apparaissent pixelisés en raison de la structure de la fibre d'imagerie multicœur. Comme prochaine étape, ils prévoient de tester la sonde dans des modèles animaux et avec des patients en milieu clinique.