Santé

Un scalpel laser pour détruire les cellules tumorales

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A l'aide d'un laser femtoseconde et d'un microscope très particulier, une équipe américaine parvient à cibler des cellules individuelles, et pourrait même viser un virus. De petite taille, l'appareil mis au point permettrait, espèrent les chercheurs, une chirurgie très fine au niveau d'une tumeur.

A gauche, les cellules, dont celle à détruire. A droite, après le tir, elle a disparu. (La barre blanche vaut 20 microns.) © Hoy et al.

Pour l'instant, le prototype mesure dix par quinze par quarante millimètres et pourrait déjà être utilisé comme un scalpel. Par une fibre optique, il est relié à un laser femtoseconde, capable d'envoyer des impulsions ultrabrèves, dont la durée se mesure en femtosecondes (une unité représentant 10-15 seconde). Grâce à lui, l'équipe de Adela Ben-Yakar (Mechanical Engineering Department, Université du Texas, Austin) de Olav Solgaard (université de Stanford) a démontré qu'il est possible de viser une cellule particulière et de la détruire sans toucher à ses voisines.

Le faisceau laser est dirigé avec précision grâce à un miroir miniature orienté selon deux axes par des Mems (microelectromechanical systems) et focalisé par une lentille à gradient d'index (dont l'indice de réfraction varie). La zone touchée est plus petite que la taille d'une cellule, ce qui autorise une grande précision.

Pour observer la zone puis vérifier le résultat, les chercheurs ont incorporé dans le petit boîtier un microscope d'un type particulier dit à absorption biphotonique (ou TPM, en anglais, pour two-photon microscopy). Son principe est celui de la microscopie à fluorescence, où un rayonnement incident génère une émission lumineuse de marqueurs préalablement incorporés dans l'échantillon. Ici, le rayonnement est celui des impulsions ultrabrèves du laser femtoseconde, qui émet dans l'infrarouge. Pénétrant dans le tissu jusqu'à une profondeur supérieure au millimètre, ce faisceau permet de visualiser une zone très petite, de 36 à 310 microns de diamètre (avec une résolution de 1,64 micron dans le plan de l'image et de 16,4 microns en profondeur).

Bientôt dans un endoscope ?

Les impulsions servent donc à la fois à la chirurgie, avec une fréquence de répétition des tirs atteignant 1 kHz (soit mille fois par seconde), et à la visualisation, avec une fréquence beaucoup plus élevée de 80 MHz. Grâce à ces tirs répétés, le microscope peut fournir des images à une cadence de dix par seconde.

L'équipe a démontré le bon fonctionnement de son prototype sur une culture de cellules de tumeur du sein. Une fois une cellule dans le collimateur, l'énergie est concentrée pour les tirs chirurgicaux (à 280 nanojoules). L'extrême brièveté des impulsions empêche la chaleur produite de se propager autour de la cible visée. Les images publiées montrent en effet une cible détruite et des cellules avoisinantes  apparemment intactes.

Pour l'équipe de Adela Ben-Yakar, ce travail n'est qu'une étape. Leur objectif est de miniaturiser encore le système jusqu'à le faire tenir d'un boîtier ne dépassant pas 15 millimètres dans sa plus grande dimension. Il pourrait alors être installé sur un endoscope destiné à une intervention en laparoscopie, au cours de laquelle un ou plusieurs instruments sont introduits sous anesthésie dans le ventre du patient pour effectuer des observations, des prélèvements ou un acte chirurgical.

Depuis quelques années, l'utilisation en microchirurgie des lasers femtosecondes est un domaine activement exploré. La focalisation sur une zone de petite taille donne la possibilité d'agir sur des structures cellulaires voire subcellulaires, et même peut-être des virus d'après les membres de l'équipe. L'adjonction d'un système de visualisation suffisamment petit pour ne pas trop augmenter la taille de l'appareil, constituait une étape clé vers cet objectif ambitieux.

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