Des chercheurs de l'Institut des sciences photoniques (ICFO), en collaboration avec le CSIC et l'Université Macquarie en Australie, ont développé une nouvelle technique, similaire à l'IRM mais avec une résolution et une sensibilité beaucoup plus élevées, qui a la capacité de scanner des cellules individuelles.

Dans un article publié dans Nature Nanotechnologie , et souligné par La nature , ICFO Prof. Romain Quidant explique comment cela a été accompli en utilisant des atomes artificiels, nanoparticules de diamant dopées en impureté azotée, pour sonder des champs magnétiques très faibles tels que ceux générés dans certaines molécules biologiques.

L'IRM conventionnelle enregistre les champs magnétiques des noyaux atomiques de notre corps qui ont été préalablement excités par un champ électromagnétique externe. La réponse collective de tous ces atomes permet de diagnostiquer et de suivre l'évolution de certaines maladies. Cependant, cette technique classique a une résolution diagnostique à l'échelle millimétrique. Les objets plus petits ne donnent pas assez de signal pour être mesuré.

La technique innovante proposée par le groupe dirigé par le Dr Quidant améliore considérablement la résolution à l'échelle nanométrique (près d'un million de fois plus petite que le millimètre), permettant de mesurer des champs magnétiques très faibles, tels que ceux créés par les protéines. "Notre approche ouvre la porte à la réalisation de résonances magnétiques sur des cellules isolées qui offriront de nouvelles sources d'information et nous permettront de mieux comprendre les processus intracellulaires, permettant un diagnostic non invasif, " explique Michael Geiselmann, Chercheur de l'ICFO qui a mené l'expérience. Jusqu'à maintenant, cette résolution n'a pu être atteinte qu'en laboratoire, utilisant des atomes individuels à des températures proches du zéro absolu.

Les atomes individuels sont des structures très sensibles à leur environnement, avec une grande capacité à détecter les champs électromagnétiques à proximité. Le défi que présentent ces atomes est qu'ils sont si petits et volatils que pour être manipulés, ils doivent être refroidis à des températures proches du zéro absolu. Ce processus complexe nécessite un environnement si restrictif qu'il rend les atomes individuels non viables pour des applications médicales potentielles. Les atomes artificiels utilisés par Quidant et son équipe sont formés par une impureté d'azote capturée dans un petit cristal de diamant. "Cette impureté a la même sensibilité qu'un atome individuel mais est très stable à température ambiante en raison de son encapsulation. Cette coquille de diamant nous permet de manipuler l'impureté azotée dans un environnement biologique et, donc, nous permet de scanner des cellules », argumente le Dr Quidant.

Pour piéger et manipuler ces atomes artificiels, les chercheurs utilisent la lumière laser. Le laser fonctionne comme une pince à épiler, amenant les atomes au-dessus de la surface de l'objet à étudier et à extraire des informations de ses minuscules champs magnétiques.

L'émergence de cette nouvelle technique pourrait révolutionner le domaine de l'imagerie médicale, permettant une sensibilité sensiblement plus élevée dans l'analyse clinique, une capacité améliorée de détection précoce des maladies, et donc une probabilité plus élevée de succès du traitement.