Santé

Des ondes sonores pour trier des cellules

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Des chercheurs du MIT et de la Carnegie Mellon University ont mis au point une nouvelle technique de tri cellulaire utilisant des ondes sonores. Des applications dans le domaine du diagnostic sont envisageables.

Une méthode acoustique permet de trier les cellules en fonction de leurs caractéristiques, comme la taille. © Christine Daniloff, MIT

Pour la recherche ou un diagnostic médical, il est parfois nécessaire de trier des cellules d'un fluide en fonction de différents paramètres. Actuellement, les techniques existantes nécessitent de marquer les cellules avec des produits chimiques ou de les exposer à des forces mécaniques qui peuvent les endommager.

C'est pourquoi des chercheurs essaient de mettre au point des méthodes plus douces, qui préservent mieux les cellules. L'utilisation d'ondes sonores présente une alternative intéressante, comme l'explique Ming Dao, chercheur au département de science des matériaux et d'ingénierie au MIT : « La pression acoustique est très légère et beaucoup plus faible en termes de force et de perturbation pour la cellule. C'est un moyen plus doux pour séparer les cellules et il n'y a pas besoin de marquage artificiel ».

Pour trier des cellules en utilisant des ondes acoustiques, les scientifiques ont d'abord construit des appareils dans lesquels étaient émises deux ondes, de chaque côté d'un microcanal. En se rencontrant, elles se combinent toutes les deux pour former une onde stationnaire acoustique de surface, parallèlement à la direction du fluide cellulaire. Comme toute onde stationnaire, elle possède des nœuds de pression. Lorsque les cellules rencontrent l'un d'entre eux, elles sont poussées sur le côté du canal. La distance du mouvement cellulaire dépend de la taille des cellules et d'autres propriétés comme la compressibilité. Mais cette méthode était peu efficace, d'où la nécessité de trouver des améliorations.

Le petit appareil utilise des ondes sonores pour trier les cellules lorsqu’elles passent à travers le canal, de gauche à droite. © Courtesy of the researchers, MIT

Une meilleure efficacité grâce à l’inclinaison des ondes

Dans un article paru dans PNAS, les chercheurs expliquent que l'inconvénient de la méthode précédemment utilisée était que les cellules n'étaient poussées sur le côté que sur de courtes distances. Le nouvel outil développé surmonte cet obstacle grâce à l'inclinaison des ondes acoustiques par rapport à la direction du flux : ainsi, une cellule peut rencontrer plusieurs nœuds de pression lorsqu'elle traverse le canal. A chaque fois, la pression la guide plus loin, en l'éloignant du centre, ce qui facilite la capture de cellules de tailles différentes.

Ce dispositif améliore significativement l'efficacité et la sensibilité des techniques de séparation acoustique : les chercheurs sont parvenus à séparer des perles de polystyrène de 2 et 10 µm avec une efficacité de 99 %, puis des perles de 7,3 et 9,9 µm avec une efficacité de 97 %. Ils ont aussi réalisé une simulation informatique pour prévoir la trajectoire des cellules dans le canal en fonction de leurs caractéristiques et de l'angle des ondes acoustiques : ceci leur a permis de mettre au point un appareil capable de séparer différents types de cellules.

De nombreuses applications sont envisageables, notamment dans le domaine du diagnostic. Ainsi, un tel appareil pourrait détecter des cellules tumorales en circulation dans le sang, ce qui permettrait de repérer un risque de métastases. Autre application possible : la séparation des différentes cellules du sang (globules rouges, globules blancs, plaquettes).

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