En haut se trouvent des images photoacoustiques prises pour des nanotiges d'or (à gauche), la nouvelle particule UW qui a un noyau magnétique et une coquille d'or environnante (centre), et une simple nanoparticule magnétique (à droite). Ci-dessous se trouve la même image après traitement pour supprimer les pixels ne vibrant pas avec le champ magnétique. La goutte centrale est retenue en raison du noyau magnétique des particules et est brillante en raison de la coque en or des particules. Crédit :Xiaohu Gao, Université de Washington
Repérer une seule cellule cancéreuse qui s'est libérée d'une tumeur et qui se déplace dans la circulation sanguine pour coloniser un nouvel organe peut ressembler à trouver une aiguille dans une botte de foin. Mais une nouvelle technique d'imagerie de l'Université de Washington est un premier pas pour rendre cela possible.
Les chercheurs de l'UW ont développé une nanoparticule multifonctionnelle qui élimine le bruit de fond, permettant une forme d'imagerie médicale plus précise - effaçant essentiellement la botte de foin, donc l'aiguille brille à travers. Une démonstration réussie avec l'imagerie photoacoustique a été rapportée aujourd'hui (27 juillet) dans le journal Communication Nature .
Les nanoparticules sont des agents de contraste prometteurs pour l'imagerie médicale ultrasensible. Mais dans toutes les techniques qui n'utilisent pas de traceurs radioactifs, les tissus environnants ont tendance à submerger les signaux faibles, empêchant les chercheurs de détecter une seule ou quelques cellules.
"Bien que les tissus ne soient pas aussi efficaces pour générer un signal que l'agent de contraste, la quantité de tissu est très supérieure à la quantité de produit de contraste et donc le signal de fond est très élevé, " a déclaré l'auteur principal Xiaohu Gao, un professeur assistant UW de bio-ingénierie.
La nanoparticule nouvellement présentée résout ce problème en combinant pour la première fois deux propriétés pour créer une image différente de ce que n'importe quelle technique existante aurait pu produire.
La nouvelle particule combine des propriétés magnétiques et une imagerie photoacoustique pour effacer le bruit de fond. Les chercheurs ont utilisé un champ magnétique pulsé pour secouer les nanoparticules par leurs noyaux magnétiques. Ensuite, ils ont pris une image photoacoustique et ont utilisé des techniques de traitement d'image pour tout supprimer, à l'exception des pixels vibrants.
Un champ magnétique externe attire les nanoparticules par leurs noyaux magnétiques. Lorsque le champ est désactivé, le tissu se détend et les particules reviennent à leurs positions initiales. Crédit :Xiaohu Gao, Université de Washington
Gao compare la nouvelle technique au logiciel de retouche photo "Tourist Remover" qui permet à un photographe de supprimer d'autres personnes en combinant plusieurs photos de la même scène et en ne conservant que les parties de l'image qui ne bougent pas. "Nous utilisons une stratégie très similaire, " dit Gao. " Au lieu de garder les parties fixes, nous ne gardons que la partie mobile.
"Nous utilisons un champ magnétique externe pour secouer les particules, " expliqua-t-il. " Alors il n'y a qu'un seul type de particule qui tremblera à la fréquence de notre champ magnétique, qui est notre propre particule."
Des expériences avec des tissus synthétiques ont montré que la technique peut supprimer presque complètement un fort signal de fond. Les travaux futurs tenteront de dupliquer les résultats sur des animaux de laboratoire, dit Gao.
La particule de 30 nanomètres est constituée d'un noyau magnétique d'oxyde de fer avec une fine coquille d'or qui entoure mais ne touche pas le centre. La coque en or est utilisée pour absorber la lumière infrarouge, et pourrait également être utilisé pour l'imagerie optique, faire de la thermothérapie, ou attacher une biomolécule qui s'accrocherait à des cellules spécifiques.
Des travaux antérieurs du groupe de Gao combinaient des fonctions dans une seule nanoparticule, quelque chose qui est difficile en raison de la petite taille.
« Dans les nanoparticules, un plus un fait souvent moins que deux, " a déclaré Gao. "Nos travaux précédents ont montré qu'un plus un peut être égal à deux. Cet article montre que un plus un est, finalement, supérieur à deux."
La particule de 30 nanomètres est constituée d'un noyau magnétique et d'une fine coquille d'or, analogue à une coquille d'oeuf, qui entoure mais ne touche pas le centre. Crédit :Xiaohu Gao, Université de Washington
La première imagerie biologique, dans les années 1950, a été utilisé pour identifier l'anatomie à l'intérieur du corps, détecter des tumeurs ou des fœtus. La deuxième génération a été utilisée pour surveiller la fonction - IRMf, ou imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, par exemple, détecte l'utilisation d'oxygène dans le cerveau pour produire une image de l'activité cérébrale. La prochaine génération d'imagerie sera l'imagerie moléculaire, a déclaré le co-auteur Matthew O'Donnell, un professeur UW de bio-ingénierie et doyen d'ingénierie.
Cela signifie que les analyses médicales et les numérations cellulaires peuvent être effectuées à l'intérieur du corps. En d'autres termes, au lieu de faire une biopsie et d'inspecter les tissus au microscope, l'imagerie pourrait détecter des protéines spécifiques ou une activité anormale à la source.
Mais pour que cela se produise, il faut améliorer les limites de confiance de l'imagerie.
"Aujourd'hui, nous pouvons utiliser des biomarqueurs pour voir où il y a une grande collection de cellules malades, " a déclaré O'Donnell. " Cette nouvelle technique pourrait vous amener à un niveau très précis, potentiellement d'une seule cellule."
Les chercheurs ont testé la méthode d'imagerie photoacoustique, une méthode à faible coût en cours de développement qui est sensible à de légères variations dans les propriétés des tissus et peut pénétrer plusieurs centimètres dans les tissus mous. Il fonctionne en utilisant une impulsion de lumière laser pour chauffer très légèrement une cellule. Cette chaleur fait vibrer la cellule et produit des ondes ultrasonores qui traversent les tissus jusqu'à la surface du corps. La nouvelle technique devrait également s'appliquer à d'autres types d'imagerie, disaient les auteurs.
