Une technique qui pourrait un jour être utilisée pour la thérapie et l'imagerie tumorale pourrait être grandement améliorée grâce aux nouvelles connaissances obtenues par les scientifiques de l'Université de Twente, l'Erasmus MC et la TU Delft.

Les chercheurs des trois universités ont résolu un mystère de longue date sur la façon dont les nanogouttelettes surchauffées se vaporisent lorsqu'elles sont frappées par une impulsion d'ultrasons. Les résultats ont été publiés le mois dernier dans Actes de l'Académie nationale des sciences .

La méthode d'imagerie sur laquelle l'équipe a travaillé s'articule autour de nanogouttelettes d'un liquide spécial appelé perfluorocarbone qui peut être injecté dans un corps humain. Ces gouttelettes peuvent sortir du système vasculaire et pénétrer dans l'espace entre les cellules tumorales. L'idée est d'activer ces gouttelettes avec une impulsion intense d'ultrasons. Ce son provoque la vaporisation des gouttelettes, formant de minuscules bulles de gaz qui peuvent être visualisées à l'aide d'un équipement d'imagerie à ultrasons.

La même méthode peut également être utilisée pour administrer des médicaments toxiques transportés dans la tumeur par les gouttelettes. Cela ne devrait avoir aucun effet secondaire dommageable sur les tissus sains du reste du corps, ce qui en fait une forme de chimiothérapie localisée et contrôlée.

La technique n'en est qu'à ses balbutiements. Un problème important étant le fait que l'amplitude du son doit être très élevée pour vaporiser les gouttelettes, alors qu'il peut ne pas être si élevé que des dommages peuvent survenir aux tissus sains.

Ce qui est prometteur dans cette nouvelle recherche, c'est qu'elle montre comment les gouttelettes peuvent être vaporisées avec des ondes sonores ayant juste assez d'énergie. On savait que les gouttelettes pouvaient être vaporisées avec un son avec une énergie inférieure au seuil d'activation des gouttelettes. Mais la physique derrière cela a dérouté les chercheurs depuis plus d'une décennie.

En utilisant des images capturées par l'appareil photo le plus rapide du monde, le Brandaris 128, les chercheurs de Twente et de Rotterdam ont pu constater que les ultrasons étaient focalisés en un seul point de la gouttelette. C'était particulier, parce que la longueur d'onde des ultrasons émis est plusieurs fois plus grande que la gouttelette, provoquant une mise au point négligeable.

L'explication peut être trouvée dans un phénomène unique qui se produit dans la propagation des ultrasons. Le son est un mouvement ondulatoire de haute et basse pression qui se déplace à la vitesse du son. Cependant, dans le corps, une haute pression se propage plus vite qu'une basse pression, déformer l'onde et créer une onde de choc.

"En réalité, toute une série d'harmoniques supérieures se développe à partir du son d'origine", explique le Dr Martin Verweij, expert en imagerie acoustique (sciences appliquées). "La longueur d'onde de ces harmoniques supérieures est beaucoup plus petite, autour de la taille des gouttelettes, et ces ondes peuvent se concentrer à l'intérieur de la goutte. Des combinaisons de différents harmoniques de focalisation peuvent interférer de manière constructive à l'intérieur de la gouttelette. Le résultat est un foyer acoustique localisé avec une énergie suffisante pour vaporiser la gouttelette."

La focalisation des ondes de choc à l'intérieur des gouttelettes a été observée expérimentalement, pourtant, la théorie selon laquelle cela pourrait détruire les gouttelettes devait également être prouvée par des calculs numériques. C'est là que Verweij est intervenu. "J'ai fourni la méthode numérique qui pouvait traiter les minuscules gouttelettes. Cela a donné à la recherche le dernier coup de pouce dont elle avait besoin."