Pour certaines fréquences de lumière infrarouge à ondes courtes, la plupart des tissus biologiques sont presque aussi transparents que le verre. Maintenant, les chercheurs ont fabriqué de minuscules particules qui peuvent être injectées dans le corps, où ils émettent ces fréquences pénétrantes. L'avancée peut fournir une nouvelle façon de faire des images détaillées des structures internes du corps telles que de fins réseaux de vaisseaux sanguins.

Les nouvelles découvertes, basé sur l'utilisation de particules électroluminescentes appelées points quantiques, est décrit dans un article de la revue Nature Génie Biomédical , par Oliver Bruns, chercheur au MIT, jeune diplômé Thomas Bischof PhD '15, professeur de chimie Moungi Bawendi, et 21 autres.

Imagerie proche infrarouge pour la recherche sur les tissus biologiques, avec des longueurs d'onde comprises entre 700 et 900 nanomètres (milliardièmes de mètre), est largement utilisé, mais des longueurs d'onde d'environ 1, 000 à 2, 000 nanomètres ont le potentiel de fournir des résultats encore meilleurs, parce que les tissus du corps sont plus transparents à cette lumière. "Nous savions que ce mode d'imagerie serait meilleur" que les méthodes existantes, Bruns explique, « mais nous manquions d'émetteurs de haute qualité », c'est-à-dire des matériaux électroluminescents qui pourraient produire ces longueurs d'onde précises.

Les particules électroluminescentes ont été une spécialité de Bawendi, le professeur de chimie Lester Wolf, dont le laboratoire a développé au fil des ans de nouvelles façons de fabriquer des points quantiques. Ces nanocristaux, en matériaux semi-conducteurs, émettent de la lumière dont la fréquence peut être réglée avec précision en contrôlant la taille et la composition exactes des particules.

La clé était de développer des versions de ces points quantiques dont les émissions correspondaient aux fréquences infrarouges à ondes courtes souhaitées et étaient suffisamment lumineuses pour être ensuite facilement détectées à travers la peau et les tissus musculaires environnants. L'équipe a réussi à fabriquer des particules qui sont "des ordres de grandeur meilleurs que les matériaux précédents, et qui permettent des détails sans précédent en imagerie biologique, " dit Bruns. La synthèse de ces nouvelles particules a été initialement décrite dans un article de l'étudiant diplômé Daniel Franke et d'autres du groupe Bawendi en Communication Nature l'année dernière.

Les points quantiques produits par l'équipe sont si brillants que leurs émissions peuvent être capturées avec des temps d'exposition très courts, il dit. Cela permet de produire non seulement des images individuelles, mais une vidéo qui capture les détails du mouvement, comme la circulation du sang, permettant de faire la distinction entre les veines et les artères.

Les nouvelles particules électroluminescentes sont également les premières à être suffisamment lumineuses pour permettre l'imagerie des organes internes de souris éveillées et en mouvement, contrairement aux méthodes précédentes qui nécessitaient leur anesthésie, dit Bruns. Les applications initiales concerneraient la recherche préclinique chez l'animal, car les composés contiennent des matériaux dont l'utilisation chez l'homme est peu susceptible d'être approuvée. Les chercheurs travaillent également au développement de versions plus sûres pour les humains.

La méthode repose également sur l'utilisation d'une caméra nouvellement développée qui est très sensible à cette gamme particulière de lumière infrarouge à ondes courtes. La caméra est un produit développé commercialement, Bruns dit, mais son équipe a été le premier client du détecteur spécialisé de la caméra, en indium-gallium-arséniure. Bien que cet appareil photo ait été développé à des fins de recherche, ces fréquences de lumière infrarouge sont également utilisées comme moyen de voir à travers le brouillard ou la fumée.

La nouvelle méthode peut non seulement déterminer la direction du flux sanguin, Bruns dit, il est suffisamment détaillé pour suivre les cellules sanguines individuelles dans ce flux. « Nous pouvons suivre le flux dans chaque capillaire, à très grande vitesse, " dit-il. " Nous pouvons obtenir une mesure quantitative du débit, et nous pouvons faire de telles mesures de débit à très haute résolution, sur de grandes surfaces."

Une telle imagerie pourrait potentiellement être utilisée, par exemple, pour étudier comment le schéma du flux sanguin dans une tumeur change au fur et à mesure que la tumeur se développe, ce qui pourrait conduire à de nouvelles façons de surveiller la progression de la maladie ou la réactivité à un traitement médicamenteux. "Cela pourrait donner une bonne indication de la façon dont fonctionnent les traitements qui n'étaient pas possibles auparavant, " il dit.