Un poisson zèbre imagé à l'aide de la nouvelle méthode CT, avec des couleurs attribuées aux structures en fonction de leur profondeur dans le poisson. Crédit:Penn State College of Medicine
Pour diagnostiquer et traiter des maladies comme le cancer, les scientifiques et les médecins doivent comprendre comment les cellules réagissent à différentes conditions médicales et traitements. Les chercheurs ont développé une nouvelle façon d'étudier la maladie au niveau cellulaire.
Dr Keith Cheng, professeur distingué de pathologie, pharmacologie et biochimie et biologie moléculaire au Penn State College of Medicine, et une équipe de physiciens en imagerie par rayons X de l'Université de Chicago, ont développé un nouveau, Technique d'imagerie tissulaire 3D, appelé histotomographie aux rayons X. La technique permet aux chercheurs d'étudier les détails des cellules dans un échantillon de tissu sans avoir à le couper en tranches. Et cela pourrait conduire à un meilleur diagnostic et traitement pour une variété de maladies, y compris le cancer.
"Les mesures quantitatives et objectives rendues possibles par l'histotomographie pourraient potentiellement nous permettre de faire la distinction entre les sous-types de cancer et d'autres maladies qui se ressemblent actuellement en utilisant l'histologie traditionnelle afin qu'ils puissent être traités de manière plus appropriée, " dit Cheng.
L'histologie traditionnelle consiste à prélever de fines tranches de tissus sur des patients, les tacher, et les examiner pour les caractéristiques irrégulières sous un microscope. La section physique de l'échantillon introduit une perte et une distorsion des tissus qui conduisent à un échantillonnage incomplet et à des visualisations imparfaites. Selon les chercheurs, L'histotomographie aux rayons X évite ces problèmes et permet de mesurer avec précision les caractéristiques tridimensionnelles des cellules telles que la forme et le volume.
Plus de 10 ans, Cheng et son équipe ont développé la technique en combinant les principes de la tomographie humaine par ordinateur (CT) et de l'histologie pour imager de petits organismes et tissus à une plus grande résolution en 3D.
"L'histotomographie aux rayons X utilise les mêmes principes qu'un scanner humain, " a déclaré Cheng. " La tomodensitométrie consiste à filmer une série de radiographies d'un sujet, chacun sous un angle légèrement différent. Un programme informatique utilise ensuite l'ensemble de rayons X pour créer une image en 3D."
Le laboratoire de Cheng avait déjà utilisé le micro-CT, une version à plus petite échelle du scanner humain, pour imager de petits organismes et tissus. Patrick La Rivière de l'Université de Chicago, professeur agrégé de radiologie, introduit Cheng à l'utilisation d'une puissante source de rayons X, le synchrotron, ce qui a permis à l'équipe de recherche d'améliorer leur balayage micro-CT avec une résolution accrue et des temps d'imagerie plus rapides. Le micro-CT basé sur le synchrotron pourrait un jour aider les pathologistes à répondre à des questions telles que :
La technologie nécessaire pour répondre à de telles questions n'était pas disponible dans le commerce, Cheng a dit, donc lui et une équipe d'ingénieurs, physiciens, les scientifiques des données et les biologistes ont entrepris de développer eux-mêmes la technique.
Après une décennie d'optimisation de la préparation des échantillons et de l'imagerie, l'équipe a créé des reconstructions en 3D de jeunes poissons zèbres qui peuvent être examinés de l'organisme entier jusqu'au niveau cellulaire. Les poissons-zèbres ont été choisis pour développer cette technologie car leur taille, des larves aux adultes, est presque la même que celle des échantillons utilisés par les médecins pour évaluer les tumeurs cancéreuses.
Selon Cheng, les chercheurs et les cliniciens peuvent désormais examiner des caractéristiques telles que la forme 3D, le volume, l'emplacement et le nombre de cellules qui auparavant ne pouvaient pas être étudiées en utilisant l'histologie traditionnelle. La technique permettra aux pathologistes d'étudier un échantillon de tissu complet après qu'il ait été coloré et préparé. Il n'est plus nécessaire de couper une seule tranche de tissu de l'échantillon entier.
Les cliniciens peuvent évaluer les caractéristiques microscopiques et tridimensionnelles des cellules en raison de la clarté et de la résolution accrues des images.
"La beauté et la complexité du tissu que j'ai vu étaient hallucinantes, " Cheng a déclaré à propos des images publiées dans le journal eLife avec la recherche le 11 juin.
Les outils informatiques combinés à l'imagerie permettent la taille, forme, volume et densité de cellules à calculer et à cataloguer. Cette capacité permet d'étudier les caractéristiques de la pathologie de la maladie d'une manière nouvelle qui peut améliorer les soins cliniques et faciliter la découverte de médicaments.
Les progrès de la technologie informatique permettent de traiter et de visualiser les gros fichiers d'images du poisson zèbre, de 100 gigaoctets chacun. Les chercheurs peuvent examiner les caractéristiques de la maladie au niveau du système organique, niveau tissulaire ou cellulaire simultanément, tranche par tranche ou dans un contexte 3D. Ils peuvent même être capables de voir et d'interagir avec la structure cellulaire des organismes en utilisant la même technologie que celle utilisée par les joueurs de réalité virtuelle.
Les recherches futures de l'équipe Cheng visent à augmenter la résolution, taille de l'échantillon, débit, puissance analytique et accessibilité de la technique.
