De nombreux types de cancer pourraient être traités plus facilement s'ils étaient détectés à un stade plus précoce. Les chercheurs du MIT ont maintenant développé un système d'imagerie, nommé " DAUPHIN, " qui pourrait leur permettre de trouver de minuscules tumeurs, aussi petit que quelques centaines de cellules, profondément dans le corps.

Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé leur système d'imagerie, qui repose sur la lumière proche infrarouge, pour suivre une sonde fluorescente de 0,1 millimètre à travers le tube digestif d'une souris vivante. Ils ont également montré qu'ils peuvent détecter un signal jusqu'à une profondeur de tissu de 8 centimètres, bien plus profond que n'importe quelle technique d'imagerie optique biomédicale existante.

Les chercheurs espèrent adapter leur technologie d'imagerie pour le diagnostic précoce des cancers de l'ovaire et d'autres cancers qui sont actuellement difficiles à détecter jusqu'à un stade avancé.

"Nous voulons pouvoir trouver le cancer beaucoup plus tôt, " dit Angela Belcher, le professeur James Mason Crafts de génie biologique et de science des matériaux au MIT et membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research, et le nouveau chef du département de génie biologique du MIT. "Notre objectif est de trouver de minuscules tumeurs, et le faire de manière non invasive."

Belcher est l'auteur principal de l'étude, qui paraît dans le numéro du 7 mars de Rapports scientifiques . Xiangnan Dang, un ancien post-doctorant du MIT, et Neelkanth Bardhan, un boursier international en oncologie Mazumdar-Shaw, sont les principaux auteurs de l'étude. Les autres auteurs incluent les chercheurs Jifa Qi et Ngozi Eze, ancien post-doctorant Li Gu, post-doctorant Ching-Wei Lin, étudiant diplômé Swati Kataria, et Paula Hammond, le professeur d'ingénierie David H. Koch, chef du département de génie chimique du MIT, et membre de l'Institut Koch.

Imagerie plus profonde

Les méthodes existantes d'imagerie des tumeurs ont toutes des limites qui les empêchent d'être utiles pour le diagnostic précoce du cancer. La plupart ont un compromis entre la résolution et la profondeur d'imagerie, et aucune des techniques d'imagerie optique ne peut imager à plus de 3 centimètres environ dans le tissu. Les scans couramment utilisés tels que la tomodensitométrie (CT) à rayons X et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) peuvent imager tout le corps ; cependant, ils ne peuvent pas identifier de manière fiable les tumeurs jusqu'à ce qu'elles atteignent environ 1 centimètre de taille.

Le laboratoire de Belcher a entrepris de développer de nouvelles méthodes optiques pour l'imagerie du cancer il y a plusieurs années, quand ils ont rejoint l'Institut Koch. Ils voulaient développer une technologie qui pourrait imager de très petits groupes de cellules profondément dans les tissus et le faire sans aucune sorte de marquage radioactif.

Lumière proche infrarouge, qui a des longueurs d'onde de 900 à 1700 nanomètres, est bien adapté à l'imagerie tissulaire car la lumière avec des longueurs d'onde plus longues ne se disperse pas autant que lorsqu'elle frappe des objets, qui permet à la lumière de pénétrer plus profondément dans le tissu. Pour en profiter, les chercheurs ont utilisé une approche connue sous le nom d'imagerie hyperspectrale, qui permet une imagerie simultanée dans plusieurs longueurs d'onde de lumière.

Les chercheurs ont testé leur système avec une variété de sondes émettant de la lumière fluorescente proche infrarouge, principalement des nanoparticules de fluorure de sodium et d'yttrium qui contiennent des éléments de terres rares tels que l'erbium, holmium, ou du praséodyme ajouté par un processus appelé dopage. Selon le choix de l'élément dopant, chacune de ces particules émet une lumière fluorescente proche infrarouge de différentes longueurs d'onde.

À l'aide d'algorithmes qu'ils ont développés, les chercheurs peuvent analyser les données du balayage hyperspectral pour identifier les sources de lumière fluorescente de différentes longueurs d'onde, ce qui leur permet de déterminer l'emplacement d'une sonde particulière. En analysant davantage la lumière provenant de bandes de longueurs d'onde plus étroites dans l'ensemble du spectre proche infrarouge, les chercheurs peuvent également déterminer la profondeur à laquelle se trouve une sonde. Les chercheurs appellent leur système "DOLPHIN", qui signifie "Détection de sondes optiquement luminescentes à l'aide d'imagerie hyperspectrale et diffuse dans le proche infrarouge".

Pour démontrer l'utilité potentielle de ce système, les chercheurs ont suivi un amas de nanoparticules fluorescentes de 0,1 millimètre qui a été avalé puis a traversé le tube digestif d'une souris vivante. Ces sondes pourraient être modifiées pour cibler et marquer par fluorescence des cellules cancéreuses spécifiques.

« En termes d'applications pratiques, cette technique nous permettrait de suivre de manière non invasive une tumeur marquée par fluorescence de 0,1 millimètre, qui est un amas d'environ quelques centaines de cellules. A notre connaissance, personne n'a été capable de le faire auparavant en utilisant des techniques d'imagerie optique, " dit Bardhan.

Détection plus précoce

Les chercheurs ont également démontré qu'ils pouvaient injecter des particules fluorescentes dans le corps d'une souris ou d'un rat, puis imager l'ensemble de l'animal, qui nécessite une imagerie à une profondeur d'environ 4 centimètres, pour déterminer où les particules se sont retrouvées. Et dans des tests avec des imitateurs de tissus humains et des tissus animaux, ils ont pu localiser les sondes jusqu'à une profondeur de 8 centimètres, selon le type de tissu.

Ce type de système pourrait être utilisé avec n'importe quelle sonde fluorescente qui émet de la lumière dans le spectre proche infrarouge, y compris certains qui sont déjà approuvés par la FDA, disent les chercheurs. Les chercheurs travaillent également à adapter le système d'imagerie afin qu'il puisse révéler des différences intrinsèques de contraste des tissus, y compris les signatures des cellules tumorales, sans aucune sorte d'étiquette fluorescente.

Dans les travaux en cours, ils utilisent une version apparentée de ce système d'imagerie pour tenter de détecter les tumeurs ovariennes à un stade précoce. Le cancer de l'ovaire est généralement diagnostiqué très tard, car il n'existe pas de moyen facile de le détecter lorsque les tumeurs sont encore petites.

"Le cancer de l'ovaire est une maladie terrible, et il est diagnostiqué si tard parce que les symptômes sont si indescriptibles, " Belcher dit. "Nous voulons un moyen de suivre la récurrence des tumeurs, et finalement un moyen de trouver et de suivre les tumeurs précoces lorsqu'elles se dirigent vers le cancer ou les métastases. C'est l'une des premières étapes du développement de cette technologie."

Les chercheurs ont également commencé à travailler sur l'adaptation de ce type d'imagerie pour détecter d'autres types de cancer comme le cancer du pancréas, cancer du cerveau, et mélanome.

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.