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Les avancées technologiques récentes dans le domaine de l’imagerie cérébrale pourraient bien transformer notre compréhension du cerveau humain. Utilisant la lumière pour déclencher des ondes sonores, une équipe de chercheurs a réussi à construire un système capable d’imager le tissu cérébral à des profondeurs cinq fois plus importantes que les méthodes précédentes. Cette percée, développée par des scientifiques du MIT, ne nécessite ni colorants, ni produits chimiques, ni modifications génétiques, et promet de révolutionner la recherche en neurosciences et les applications chirurgicales.
Un aperçu plus profond du cerveau
Le nouveau système développé par le MIT permet de détecter des molécules telles que le NAD(P)H, liées au métabolisme cellulaire et à l’activité neuronale, à travers des échantillons cérébraux denses. Parmi les tests réalisés, on retrouve un organoïde cérébral dérivé de cellules souches humaines de 1,1 millimètre d’épaisseur et une tranche de tissu cérébral de souris de 0,7 millimètre.
“C’est à ce moment-là que nous avons touché le verre de l’autre côté”, a expliqué W. David Lee, chercheur postdoctoral ayant conçu le système.
La réalité augmentée : une technologie qui transforme notre quotidien
Cela montre que la technologie pourrait encore aller plus loin si les échantillons étaient plus épais. En utilisant une méthode d’excitation à trois photons, le système émet des impulsions lumineuses ultracourtes à une longueur d’onde triple de celle de l’absorption normale des molécules. Ces longueurs d’onde plus longues se dispersent moins et pénètrent plus profondément dans le tissu.
La majorité de l’énergie absorbée crée une expansion thermique rapide et microscopique à l’intérieur de la cellule, générant des ondes sonores détectées par un microphone ultrasonore. Le logiciel convertit ensuite ces ondes en images nettes grâce au procédé d’imagerie photoacoustique à trois photons.
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Fusion des techniques d’imagerie avancées
La plateforme nommée « Multiphoton-In and Acoustic-Out » combine excitation à trois photons, détection photoacoustique et imagerie sans étiquette. Cette intégration permet une détection moléculaire précise sans altérer le tissu. Le système peut également identifier d’autres molécules, comme l’indicateur de calcium GCaMP, utilisé pour suivre l’activité neuronale.
La génération de « troisième harmonique » cartographie les structures cellulaires, fournissant des détails structurels et moléculaires dans une même analyse. Selon Tatsuya Osaki du Picower Institute, l’objectif était de rassembler des techniques avancées en un processus efficace. Cette capacité pourrait aider à étudier des conditions telles que la maladie d’Alzheimer, le syndrome de Rett et les crises d’épilepsie.
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De plus, grâce à son fonctionnement sans étiquettes, le système pourrait guider les chirurgies cérébrales en cartographiant l’activité en temps réel. Les prochaines étapes consistent à tester le système sur des animaux vivants, avec l’émetteur lumineux et le microphone situés du même côté du tissu.
Applications potentielles et défis à venir
Lee estime que le système pourrait imager jusqu’à 2 millimètres de profondeur dans les cerveaux vivants. “En principe, cela devrait fonctionner”, a-t-il déclaré. Le travail antérieur de Lee chez Precision Healing Inc. a démontré que l’imagerie NAD(P)H peut guider le traitement des plaies. Cette approche pourrait désormais s’avérer précieuse pour la neurochirurgie et la recherche cérébrale.
Le projet a été financé par le National Institutes of Health, le Simon Center for the Social Brain, le Picower Institute, et d’autres sources. Cependant, bien que prometteur, le système nécessite encore des tests supplémentaires pour valider son efficacité et sa sécurité dans un contexte clinique.
Perspectives d’avenir
La capacité d’imager profondément sans endommager les tissus ouvre la voie à de nouvelles applications en neurosciences et en médecine. En évitant l’utilisation de marqueurs chimiques, cette technologie pourrait devenir un outil essentiel dans l’étude des maladies cérébrales et le développement de traitements innovants. Mais comment cette innovation influencera-t-elle les pratiques médicales actuelles et quelles seront ses limites dans l’exploration du cerveau humain ?
