Des chercheurs de l’Université de Californie San Diego ont trouvé un allié inhabituel dans la quête pour rendre le diagnostic de cancer plus rapide, plus précis et plus accessible dans le monde: le papillon Morpho. Connu pour ses ailes bleues chatoyantes, le papillon Morpho doit son éclat non pas aux pigments mais aux structures microscopiques qui manipulent la lumière. Maintenant, les chercheurs exploitent ces mêmes structures pour obtenir des informations détaillées sur la composition fibreuse des échantillons de biopsie du cancer – sans avoir besoin de coloration chimique ou d’équipement d’imagerie coûteux.
Les résultats sont détaillés dans un article publié dans Matériaux avancés.
La fibrose, l’accumulation de tissus fibreuses, est une caractéristique clé de nombreuses maladies, notamment des troubles neurodégénératifs, des maladies cardiaques et du cancer. En oncologie, l’évaluation de l’étendue de la fibrose dans un échantillon de biopsie peut aider à déterminer si le cancer d’un patient est à un stade précoce ou avancé.
“Le grand défi, cependant, est qu’il est extrêmement difficile de faire la distinction entre ces étapes en utilisant des méthodes cliniques actuelles”, a déclaré l’auteur senior de l’étude Lisa Poulikakos, professeur au Département de génie mécanique et aérospatial à la UC San Diego Jacobs School of Engineering . Ces méthodes reposent sur des tissus de coloration pour mettre en évidence les structures clés de la biopsie tumorale, mais les résultats peuvent être subjectifs – un pathologiste peut interpréter un échantillon différemment d’un autre. Et bien qu’il existe des techniques d’imagerie plus avancées qui peuvent fournir des détails plus riches, ils nécessitent un équipement spécialisé coûteux que de nombreuses cliniques n’ont tout simplement pas.
C’est là que le papillon Morpho entre en jeu. Poulikakos et son équipe ont découvert qu’en plaçant un échantillon de biopsie sur une aile de papillon Morpho et en le visant au microscope standard, il peut évaluer si la structure d’une tumeur indique un cancer à un stade précoce ou tardif – – sans avoir besoin de taches ou de machines d’imagerie coûteuses.
“Nous pouvons appliquer cette technique en utilisant des microscopes optiques standard que les cliniques ont déjà”, a déclaré Poulikakos. “Et c’est plus objectif et quantitatif que ce qui est actuellement disponible.”
“J’avais imaginé des ailes de papillon, étudiant comment ils réagissent à différents environnements”, a-t-elle déclaré. “Et quand j’ai vu ce que faisait le laboratoire, je me suis dit:” La morpho a naturellement cette propriété – pourquoi ne pas l’utiliser? “”
Les chercheurs ont constaté que les micro et nanostructures de l’aile réagissent fortement à la lumière polarisée – une sorte de lumière qui se propage dans une direction spécifique. Les fibres de collagène – qui sont une composante structurelle clé du tissu fibrotique – interagissent également avec la lumière polarisée, mais leurs signaux sont faibles. En plaçant un échantillon de biopsie au-dessus d’un morceau d’une aile de papillon Morpho, les chercheurs ont amplifié ces signaux, ce qui facilite l’analyse de la densité et de la disposition des fibres de collagène.
Les signaux résultants peuvent ensuite être traduits par une mesure de la durée et de l’organisation des fibres de collagène dans l’échantillon de biopsie. Pour ce faire, les chercheurs ont développé un modèle mathématique basé sur le calcul de Jones, une méthode pour analyser la lumière polarisée. Le modèle est en corrélation de l’intensité lumineuse avec la densité et l’organisation des fibres de collagène, fournissant une métrique quantifiable pour évaluer la fibrose dans le tissu.
En utilisant cette approche, les chercheurs ont analysé à la fois des échantillons de biopsie du cancer du sein de la collagène et du collagène sur le cancer du sein fournis par les collaborateurs et les co-auteurs de l’étude Jing Yang, professeur dans les départements de pharmacologie et de pédiatrie à la UC San Diego School of Medicine and Co- Leader du programme de biologie et de signalisation du cancer du Moores Cancer Center, et Aida Mestre-Farrera, scientifique postdoctoral du groupe de Yang. Leurs résultats étaient comparables aux méthodes de coloration conventionnelles et à une méthode d’imagerie avancée et à coût élevé.
“Essentiellement, nous essayons de développer ces procédures avec une alternative sans taches qui ne nécessite rien de plus qu’un microscope optique standard et un morceau d’une aile morpho”, a déclaré Kirya. “Dans de nombreuses régions du monde, le dépistage précoce du cancer est un défi en raison des limitations des ressources. Si nous pouvons fournir un outil plus simple et plus accessible, nous pouvons aider davantage de patients à se diagnostiquer avant que leurs cancers n’atteignent les stades agressifs.”
Alors que la présente étude s’est concentrée sur le cancer du sein, les chercheurs pensent que leur technique pourrait être appliquée à un large éventail de maladies fibrotiques.
“Nous sommes ravis de tirer parti de cette technique pour toutes sortes de diagnostics tissulaires”, a déclaré Poulikakos. “Il était vraiment surprenant de voir à quel point la nature avait déjà conçu une solution via l’aile Morpho Butterfly et ses micro et nanostructures naturelles. Nos travaux montrent que la nature nous a donné quelque chose qui peut nous aider installations.”
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