Les chercheurs ont créé une sonde d'imagerie endoscopique flexible en forme d'aiguille qui peut acquérir des images microscopiques 3D de tissus. La courbure est possible grâce à une nouvelle lentille flexible à indice gradué (GRIN) développée par les chercheurs.

Les lentilles GRIN, développées à l'origine pour l'industrie des télécommunications, sont couramment utilisées pour effectuer des approches de microscopie à fluorescence qui peuvent imager profondément dans les tissus. Cependant, le fait qu'il s'agisse de composants rigides a limité leur utilisation clinique.

"Lorsqu'une biopsie traditionnelle est effectuée, elle représente un moment unique et peut prendre des jours pour obtenir les résultats du laboratoire", a déclaré le responsable de la recherche, Guigen Liu, de la Harvard Medical School. "Nos sondes d'imagerie pliables pourraient réduire le temps d'attente à quelques minutes et permettre de nouvelles approches qui utilisent l'imagerie pour surveiller dynamiquement les changements tissulaires, par exemple, la façon dont les tumeurs réagissent aux traitements au fil du temps."

Dans Optics Express , les chercheurs décrivent leur nouvelle lentille GRIN, qu'ils ont intégrée à une sonde d'endoscopie. Des expériences ont montré que les propriétés d'imagerie de la sonde sont maintenues même lorsqu'elle est pliée.

"La nature flexible de ces sondes GRIN rend les mesures sur des sujets vivants, tels que des animaux ou des patients humains, beaucoup plus simples et pratiques", a déclaré Liu. "Il pourrait être utile pour le placement précis et mini-invasif d'aiguilles et de cathéters pour les biopsies tissulaires et l'ablation de tumeurs, par exemple."

Imager à travers une lentille courbée

Les lentilles GRIN sont des tiges de verre de silice avec un indice de réfraction en constante évolution qui focalise la lumière traversant la tige sans nécessiter de lentille de focalisation séparée. Depuis leur développement il y a environ 50 ans, on pense généralement que les lentilles GRIN ne peuvent être utilisées que comme sondes d'imagerie rigides. Dans le nouveau travail, les chercheurs ont décidé de remettre en question cette notion en découvrant s'il était possible d'imager à travers une lentille GRIN courbée.

Les chercheurs ont conçu sur mesure une lentille GRIN de 500 microns de diamètre et d'environ 100 mm de long. La forme longue et fine de l'objectif et son absence de boîtier extérieur rigide lui confèrent la flexibilité de se plier d'environ 10 degrés sans se casser. Ils ont ensuite incorporé la nouvelle lentille GRIN dans une sonde d'imagerie endoscopique et l'ont testée en effectuant une imagerie de fluorescence 3D à deux photons à travers elle.

Pour simuler la flexion réelle qui serait ressentie profondément à l'intérieur des tissus, la lentille a été positionnée verticalement et poussée pour introduire le type de déviation du faisceau qui serait ressentie si la sonde était utilisée dans le canal de travail d'une aiguille utilisée pour une biopsie.

L'expérience a montré que la résolution et le niveau de signal ne se détérioraient pas de manière évidente lorsqu'une extrémité de la sonde était déplacée latéralement de 6 mm. "Lorsque la lentille est pliée, les voies de signalisation qui transportent l'image à travers la tige s'adaptent de manière synergique en se déplaçant latéralement, un peu comme une voiture a tendance à se déplacer vers l'extérieur d'une route courbe glissante", a déclaré Liu. "Bien que les voies de signal se déforment un peu lors du déplacement, elles conservent en grande partie leurs propriétés telles que l'ordre et la forme. Cela permet de conserver la majeure partie de la résolution et du niveau de signal."

Une nouvelle façon de dépister les médicaments anticancéreux

Bien que des développements et des tests supplémentaires soient nécessaires pour amener l'endoscope dans la clinique, le dispositif trouve déjà des applications dans la recherche biomédicale. Le chef d'équipe et co-auteur Oliver Jonas et ses collègues associent l'endoscope à un nouveau type de microdispositif pour tester une méthode permettant d'évaluer rapidement l'efficacité de diverses thérapies contre le cancer.

Les nouveaux microdispositifs de l'équipe sont conçus pour être implantés directement dans une tumeur et transporter de petites quantités allant jusqu'à 20 médicaments. Pour mesurer l'efficacité des divers médicaments sans retirer aucun tissu tumoral, les chercheurs insèrent un endoscope à base de GRIN directement dans le microdispositif où il peut être utilisé pour imager les signaux de fluorescence à l'intérieur de la tumeur. Bien que cette configuration soit actuellement étudiée chez la souris, elle pourrait éventuellement être utilisée chez les patients pour déterminer rapidement quelles options de traitement sont les meilleures pour lutter contre la tumeur spécifique de chaque patient.

Pour faire évoluer les sondes vers une application clinique, les chercheurs travaillent également au développement de lentilles GRIN pliables plus longues pour permettre une imagerie plus profonde et plus de flexibilité. They also want to enhance the mechanical durability of the optical components using a thin polymer coating that won't affect flexibility. + Explorer plus loin

Pencil-beam scanning catheter for intracoronary optical coherence tomography