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Un microscope hybride pourrait apporter une biopsie numérique à la clinique – Actualite-sante

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En ajoutant une capacité infrarouge au microscope optique standard omniprésent, les chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign espèrent faire entrer le diagnostic du cancer dans l'ère numérique.

Jumeler les mesures infrarouges avec des images optiques haute résolution et l'apprentissage automatique algorithmes, les chercheurs ont créé des biopsies numériques qui étaient étroitement corrélées avec les techniques de pathologie traditionnelles et ont également surpassé les microscopes infrarouges de pointe.

Dirigé par Rohit Bhargava, professeur de bio-ingénierie et directeur du Cancer Center à Illinois, le groupe a publié ses résultats dans les Actes de l'Académie nationale des sciences .

"L'avantage est qu'aucune coloration n'est requise, et que l'organisation des cellules et leur chimie peuvent être mesurées. Mesurer la chimie de les cellules tumorales et leur microenvironnement peuvent conduire à de meilleurs diagnostics de cancer et à une meilleure compréhension de la maladie ", a déclaré Bhargava.

L'or La norme de la pathologie tissulaire consiste à ajouter des colorants ou des taches afin que les pathologistes puissent voir les formes et les motifs des cellules au microscope. Cependant, il peut être difficile de distinguer le cancer d'un tissu sain ou de repérer les limites d'une tumeur, et dans de nombreux cas, le diagnostic est subjectif.

"Pendant plus d'un siècle, nous avons compté ajouter des colorants aux biopsies de tissus humains pour diagnostiquer les tumeurs. Cependant, la forme et la couleur induites par le colorant fournissent des informations très limitées sur les changements moléculaires sous-jacents qui conduisent au cancer ", a déclaré Bhargava.

Des technologies comme la microscopie infrarouge peuvent mesurer la composition moléculaire du tissu, fournissant des mesures quantitatives qui peuvent distinguer les types de cellules. Malheureusement, les microscopes infrarouges sont chers et les échantillons nécessitent une préparation et une manipulation spéciales, ce qui les rend peu pratiques pour la grande majorité des milieux cliniques et de recherche.

Le groupe Bhargava a développé son microscope hybride en ajoutant un laser infrarouge et une lentille de microscope spécialisée, appelée un objectif d'interférence, à une caméra optique. L'hybride optique infrarouge mesure à la fois les données infrarouges et une image optique haute résolution avec un microscope optique – le genre omniprésent dans les cliniques et les laboratoires.

"Nous avons construit le microscope hybride à partir de composants standard. C'est important parce qu'il permet à d'autres de construire facilement leur propre microscope ou de mettre à niveau un microscope existant ", a déclaré Martin Schnell, un boursier postdoctoral du groupe de Bhargava et premier auteur de l'article.

La combinaison des deux techniques exploite les forces des deux, selon les chercheurs. . Il a la haute résolution, le grand champ de vision et l'accessibilité d'un microscope optique. De plus, les données infrarouges peuvent être analysées par ordinateur, sans ajouter de colorants ou de taches pouvant endommager les tissus. Le logiciel peut recréer différentes taches ou même les chevaucher pour créer une image plus complète et entièrement numérique de ce qui se trouve dans les tissus.

Les chercheurs ont vérifié leur microscope en imageant des échantillons de tissus mammaires, sains et cancéreux, et en comparant les résultats de la "colorants" calculés au microscope hybride avec ceux de la technique de coloration traditionnelle. La biopsie numérique était étroitement corrélée à la biopsie traditionnelle.

De plus, les chercheurs ont découvert que leur hybride infrarouge-optique surpassait l'état de l'art dans les microscopes infrarouges de plusieurs manières: il a une couverture 10 fois plus grande, une plus grande cohérence et quatre "Une microscopie hybride optique-infrarouge est largement compatible avec la microscopie conventionnelle dans les applications biomédicales", a déclaré Schnell. "Une résolution fois plus élevée, permettant une imagerie infrarouge d'échantillons plus gros, en moins de temps, avec des détails sans précédent.

" "Nous combinons la facilité d'utilisation et la disponibilité universelle de la microscopie optique avec la large palette de contraste moléculaire infrarouge et d'apprentissage automatique. Et ce faisant, nous espérons changer la façon dont nous traitons, imaginons et comprenons régulièrement la structure des tissus microscopiques."

Les chercheurs prévoient de continuer à affiner les outils de calcul utilisés pour analyser les images hybrides. Ils travaillent à optimiser les programmes d'apprentissage automatique qui peuvent mesurer plusieurs longueurs d'onde infrarouges, créant des images qui distinguent facilement entre plusieurs types de cellules et intégrent ces données aux images optiques détaillées pour cartographier avec précision le cancer dans un échantillon. Ils prévoient également d'explorer d'autres applications pour l'imagerie hybride au microscope, telles que la médecine légale, la science des polymères et d'autres applications biomédicales.

"Il est très intéressant de savoir ce que ce détail supplémentaire peut offrir en termes de diagnostics de pathologie", a déclaré Bhargava. «Cela pourrait aider à accélérer l'attente des résultats, réduire les coûts des réactifs et des personnes pour colorer les tissus et fournir une solution« tout numérique »pour la pathologie du cancer.»

Les National Institutes of Health ont soutenu ce travail. Bhargava est affilié au Beckman Institute for Advanced Science and Technology et au Carle Illinois College of Medicine.

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