Un nouveau système développé par des chercheurs de l'UCLA pourrait rendre plus facile et moins coûteux le diagnostic des maladies chroniques, en particulier dans les zones reculées sans équipement de laboratoire coûteux.

La technologie utilise un matériel optique extrêmement simple et un microscope sans lentille, ainsi que des algorithmes sophistiqués qui aident à reconstruire les images d'échantillons de tissus. Il pourrait rendre les tests de diagnostic indispensables disponibles et abordables pour les personnes dans les pays en développement et les régions reculées qui n'ont pas l'équipement de laboratoire coûteux actuellement utilisé pour effectuer des biopsies tissulaires.

Le système de transparence des échantillons biologiques, également connu sous le nom de "nettoyage des tissus, " puis les imager à l'aide d'un microscope sans lentille est décrit dans un article publié aujourd'hui dans Avancées scientifiques , un journal de l'Association américaine pour l'avancement des sciences. Il a été développé par une équipe dirigée par Aydogan Ozcan, professeur de génie électrique et informatique et de bio-ingénierie de l'UCLA et directeur associé du California NanoSystems Institute; et Rajan Kulkarni, professeur adjoint de médecine et de dermatologie à la David Geffen School of Medicine de l'UCLA, et membre du CNSI.

La biopsie tissulaire est largement considérée comme l'étalon-or pour la détection de maladies comme le cancer et les affections inflammatoires. Mais le test est relativement coûteux et complexe, et cela nécessite l'utilisation d'installations sophistiquées, un défi de taille dans les régions aux ressources limitées.

Dans une biopsie standard, le tissu est coupé en fines tranches, environ un dixième de l'épaisseur d'un cheveu humain et teint avec des colorants, afin que les professionnels de la santé puissent utiliser un microscope pour détecter les anomalies et les cellules malades. L'un des défis de cette approche, au-delà du temps et des coûts impliqués, est que seul un petit nombre d'échantillons de tissus peuvent être analysés à la fois.

« Bien que les progrès technologiques aient permis aux médecins d'accéder à distance aux données médicales pour effectuer des diagnostics, il y a toujours un besoin urgent d'une solution fiable, des moyens peu coûteux pour l'imagerie et l'identification des maladies, en particulier dans les milieux à faibles ressources, pour la pathologie, la recherche biomédicale et les applications associées, " dit Ozcan.

Les chercheurs ont préparé des échantillons de tissus en utilisant une technique appelée Clarity, qui rend le tissu transparent, ou "l'efface", en utilisant un processus chimique qui élimine les graisses et laisse derrière lui des protéines et de l'ADN. La méthode nécessite généralement des colorants fluorescents, ce qui peut coûter cher, pour colorer les échantillons de tissus, mais un inconvénient de ces colorants est que la coloration a tendance à se dégrader avec le temps, ce qui rend plus difficile pour les scientifiques de recueillir des informations à partir de celui-ci.

Au lieu, les chercheurs de l'UCLA ont utilisé des couleurs, colorants absorbant la lumière qui, selon Kulkarni, peut être utilisé avec des outils de microscopie classiques sans aucune perte de signal notable au fil du temps.

Et au lieu d'utiliser une machine généralement utilisée pour les tests de biopsie (un microscope traditionnel peut coûter plus de 50 $, 000), les scientifiques de l'UCLA ont développé un nouvel appareil composé de composants qui ne coûtent collectivement que quelques centaines de dollars :un microscope holographique sans lentille capable de produire des images 3D avec un dixième des données d'image dont les microscopes optiques à balayage conventionnels ont besoin pour faire la même chose chose.

La méthode UCLA a également permis aux scientifiques d'utiliser des échantillons de tissus de 0,2 millimètre d'épaisseur, plus de 20 fois plus épais qu'un échantillon typique, un avantage essentiel du nouveau système car il est difficile de produire des tranches de tissu plus minces sans un équipement sophistiqué. Cela permet également aux scientifiques d'étudier un plus grand volume d'échantillon, ce qui pourrait les aider à détecter les anomalies plus tôt qu'ils ne le feraient autrement.

Voici comment fonctionne le test :le tissu nettoyé est placé dans un petit récipient sur une puce de silicium qui contient des millions de photodétecteurs, le même type de puce que l'on trouve dans les appareils photo des téléphones portables. Lorsque la lumière est braquée sur l'échantillon de tissu, les ombres à faible résolution de l'échantillon de tissu tombent sur la puce. Ces ombres, créé par l'interférence de la lumière diffusée par l'échantillon, former des hologrammes de l'échantillon de tissu.

Prochain, les chercheurs améliorent la résolution et permettent l'imagerie 3D en décalant l'échantillon par rapport au capteur d'image et en capturant la même ombre holographique, leur permettant de visualiser numériquement différentes sections transversales, ou tranches numériques, de l'échantillon de tissu.

"Grâce au calcul et aux algorithmes, nous avons converti un imageur standard de 10 mégapixels, comme ceux couramment utilisés dans les téléphones mobiles, dans un microscope de quelques centaines de mégapixels qui peut imager numériquement à travers différentes tranches d'un échantillon de tissu épais, " dit Yibo Zhang, le premier auteur de l'étude et un étudiant diplômé du laboratoire d'Ozcan.

Les autres membres de l'équipe de recherche étaient Sam Yang, Hongda Wang, Da Teng et Yair Rivenson, tous les membres du groupe de recherche Ozcan ; et Yoonjung Shun, Kevin Sung et Harrison Chen du laboratoire de Kulkarni.