L'imagerie par fluorescence est largement utilisée pour visualiser des tissus biologiques tels que le fond de l'œil, où des signes de dégénérescence maculaire peuvent être détectés. Il est également couramment utilisé pour imager les vaisseaux sanguins pendant la chirurgie reconstructive, permettant aux chirurgiens de s'assurer que les vaisseaux sont correctement connectés.

Pour ces procédures, ainsi que d'autres actuellement en essais cliniques, comme l'imagerie des tumeurs, les chercheurs utilisent une partie du spectre lumineux connue sous le nom de proche infrarouge (NIR)—700 à 900 nanomètres, juste au-delà de ce que l'œil humain peut détecter. Un colorant fluorescent à cette longueur d'onde est administré au corps ou aux tissus, puis imagé à l'aide d'une caméra spécialisée. Les chercheurs ont montré que la lumière avec des longueurs d'onde supérieures à 1, 000 nanomètres, connu sous le nom d'infrarouge à ondes courtes (SWIR), offre des images beaucoup plus claires que le NIR, mais il n'y a pas de colorants fluorescents approuvés par la FDA avec un pic d'émission dans la gamme SWIR.

Une équipe de chercheurs du MIT et du Massachusetts General Hospital a maintenant franchi une étape majeure pour rendre l'imagerie SWIR largement disponible. Ils ont montré qu'un produit approuvé par la FDA, le colorant disponible dans le commerce maintenant utilisé pour l'imagerie dans le proche infrarouge fonctionne également très bien pour l'imagerie dans l'infrarouge à ondes courtes.

"Ce que nous avons trouvé, c'est que ce colorant, qui a été approuvé depuis 1959, est vraiment le meilleur, le fluorophore le plus brillant que l'on connaisse à ce jour pour l'imagerie dans l'infrarouge à ondes courtes, " dit Moungi Bawendi, le professeur Lester Wolf de chimie au MIT. « Maintenant, les cliniciens peuvent commencer à essayer l'imagerie à ondes courtes pour leurs applications, car ils disposent déjà d'un fluorophore approuvé pour une utilisation chez l'homme. »

L'imagerie de ce colorant avec une caméra qui détecte la lumière infrarouge à ondes courtes pourrait permettre aux médecins et aux chercheurs d'obtenir de bien meilleures images des vaisseaux sanguins et d'autres tissus corporels pour le diagnostic et la recherche.

Bawendi et l'ancien chercheur du MIT Oliver Bruns sont les auteurs principaux de l'étude, qui apparaît dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . Les auteurs principaux de l'article sont les étudiants diplômés du MIT Jessica Carr et Daniel Franke.

Couper à travers le brouillard

Le colorant que les chercheurs ont utilisé dans cette étude, connu sous le nom de vert d'indocyanine (ICG), fluorescent le plus fortement autour de 800 nanomètres, qui se situe dans le domaine du proche infrarouge. Lorsqu'il est injecté dans le corps, il circule dans le sang, le rendant idéal pour l'angiographie (la visualisation du sang circulant dans les vaisseaux). Certains systèmes chirurgicaux assistés par robot ont incorporé l'imagerie par fluorescence NIR pour aider à visualiser les vaisseaux sanguins et d'autres caractéristiques anatomiques.

L'équipe du MIT a découvert l'utilité de l'ICG pour l'imagerie SWIR un peu par hasard. Dans le cadre d'une expérience de contrôle pour un autre article, ils ont testé la sortie de fluorescence des points quantiques par rapport à la sortie de fluorescence de l'ICG dans l'infrarouge à ondes courtes. Ils s'attendaient à ce qu'ICG n'ait aucune sortie, mais ont été surpris de découvrir qu'il produisait en fait un signal très fort.

Le laboratoire de Bawendi et d'autres chercheurs se sont intéressés au développement de fluorophores pour l'imagerie SWIR, car SWIR offre un meilleur contraste et une meilleure clarté que le NIR. La lumière avec des longueurs d'onde plus courtes a tendance à se disperser sur les imperfections des objets qu'elle heurte, mais à mesure que les longueurs d'onde s'allongent, la diffusion est fortement réduite.

"Dans le proche infrarouge, de nombreuses caractéristiques que vous voyez dans les tissus peuvent sembler brumeuses, et une fois que vous passez dans l'infrarouge à ondes courtes, l'image s'éclaircit et tout devient net, " dit Bruns.

L'infrarouge à ondes courtes peut également pénétrer plus profondément dans les tissus, bien que calculer exactement dans quelle mesure est un processus compliqué, disent les chercheurs, car cela dépend de la taille de la structure observée et du champ de vision du microscope. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont pu voir plusieurs centaines de micromètres dans les tissus à l'aide d'un microscope à fluorescence ordinaire. Normalement, cette profondeur ne peut être atteinte qu'avec la microscopie à deux photons, un type d'imagerie beaucoup plus compliqué et coûteux.

"Nous avons découvert que l'infrarouge à ondes courtes est particulièrement utile pour l'imagerie de petits objets qui se trouvent au-dessus d'un grand fond, alors quand vous voulez faire une angiographie de petits vaisseaux, ou capillaires, c'est nettement plus facile dans l'infrarouge à ondes courtes que dans le proche infrarouge, " dit Franke.

Un signal fort

Dans leur étude, les chercheurs ont exploré davantage l'ICG et ont montré qu'il donne un signal plus fort que les autres colorants SWIR actuellement en développement. Les études précédentes de l'ICG avaient porté sur son émission autour de 800 nanomètres, là où il est le plus fluorescent, donc personne n'avait observé que le colorant produisait également un signal fort à des longueurs d'onde plus longues. Bien qu'il ne soit pas fluorescent efficacement dans la gamme infrarouge à ondes courtes, ICG absorbe tellement de lumière que si même un petit pourcentage est émis sous forme de lumière fluorescente, le signal est plus brillant que celui produit par d'autres colorants SWIR.

Les chercheurs ont également découvert que l'ICG est suffisamment lumineux pour produire des images rapidement, ce qui est important pour capturer le mouvement.

"Si vous n'avez pas un signal assez fort, cela ralentit le temps qu'il faut pour prendre l'image, vous ne pouvez donc pas l'utiliser pour l'imagerie de mouvements tels que la circulation sanguine ou les battements cardiaques, " dit Carr.

Les chercheurs ont également testé un autre colorant qui fonctionne dans le proche infrarouge. Cette teinture, appelé IRDye 800CW, est similaire à l'ICG et peut être attaché à des anticorps qui ciblent des protéines telles que celles trouvées sur les tumeurs. Ils ont découvert que l'IRDye 800CW émet également une fluorescence vive dans la lumière infrarouge à ondes courtes, pensé pas aussi brillamment que ICG, et ont montré qu'ils pouvaient l'utiliser pour imager une tumeur cancéreuse dans le cerveau de souris.

Pour faire de l'imagerie infrarouge à ondes courtes, les laboratoires de recherche et les hôpitaux devraient passer des caméras au silicium actuellement utilisées pour l'imagerie NIR à une caméra à l'arséniure d'indium et de gallium (InGaAs). Jusque récemment, ces caméras ont été d'un prix prohibitif, mais les prix ont baissé ces dernières années.

L'équipe de recherche étudie maintenant plus en détail pourquoi l'ICG fonctionne si bien pour l'imagerie infrarouge à ondes courtes, et essaie d'identifier la longueur d'onde optimale pour son utilisation, qui, espèrent-ils, les aideront à déterminer les meilleures applications pour ce type d'imagerie. Ils travaillent également avec d'autres laboratoires pour développer des colorants similaires à l'ICG et qui pourraient fonctionner encore mieux.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.