Une étude montre que la fluorescence peut distinguer la tumeur du cerveau du tissu normal

Actualité n° 93 du 03/08/2004

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LOS ANGELES
Quand les molécules des cellules sont stimulées par la lumière, elles répondent en réémettant des couleurs variables, c'est la fluorescence. Cette fluorescence peut être capturée et mesurée par un matériel optique très sensible.

Les chercheurs du Centre Médical Cedre-Sinai de Los-Angeles (Sud Californie) ont développé des instruments spectroscopiques miniaturisés et un logiciel sur ordinateur pour analyser les changements biochimiques qui se produisent dans les cellules et le tissu du cerveau. Si la technologie continue à progresser comme prévu, les neurochirurgiens seront capables de faire développer la fluorescence pendant la chirurgie pour diagnostiquer des tumeurs du cerveau instantanément et ils seront capables de discerner les frontières des tumeurs avec une plus grande précision que jamais. Les premières études paraissent encourageantes. Les chercheurs rapportent dans la revue de juillet-août 2004 "Photochimie et Photobiologie" les techniques et l'appareil qu'ils ont développés et ils sont capables rapidement et sans erreur de faire la distinction entre tumeur de cerveau et tissu normal.

Le Glioblastome est le type plus fréquent et mortel des tumeurs du cerveau, c'était le sujet de l'étude. Parce que ces tumeurs grandissent rapidement et envahissent le tissu sain rapidement, la survie des patients se mesure habituellement en semaines ou en mois en dépit de traitements agressifs comme la chirurgie traditionnelle, la chimiothérapie et la radiothérapie. Avec une image la résection complète, c'est à dire aucune tumeur résiduelle visible avec les techniques de prise d'images haute résolution actuels, les malades actuellement une survie médiane de 70 semaines.

Mais l'enlèvement complet est presque impossible à réaliser parce que les tumeurs infiltrent le tissu avoisinant de façon agressive, les bords de la tumeur sont irréguliers avec des frontières pauvrement définies. Aussi, les cellules de la tumeur ont tendance à émigrer loin pour établir des satellites dans autres parties du cerveau. Quand l'enlèvement chirurgical est moins complet la survie médiane est de moins de 19 semaines.

"Bien que notre but chirurgical soit d'enlever autant de tumeur que possible sans endommager le cerveau sain, distinguer entre les deux est extrêmement difficile", a dit le Keith L. Black, MD, neurochirurgien, directeur du Maxine Dunitz Institut Neurochirurgical, la Division de Neurochirurgie et le Programme de la Tumeur du Cerveau Complet.

"La spectroscopie de la fluorescence est une parmi plusieurs techniques de prise d'images innovatrices dans le développement, et je pense que l'évolution de cette capacité vient à un moment critique parce que nous commençons à avoir des résultats encourageants dans plusieurs approches thérapeutiques", a ajouté le Dr. Black soutenu par Lawrence Harvey, Neuroscience à Cedre-Sinai coauteur de l'article du journal. "La clarté que la technologie de la fluorescence paraît offrir une plus grande précision dans la chirurgie et peut aussi nous aider à viser des cellules du cancer avec une combinaison de nouvelles thérapies mieux concentrées.

La capacité d'analyser immédiatement des cellules tourne autour du fait que les états métaboliques différents et les composants biochimiques émettent la lumière différemment. De même qu'un prisme sépare la lumière blanche en un spectre plein de couleur, la lumière laser se concentrée sur le tissu et est ré-émise dans des couleurs déterminées par les propriétés des molécules. Analyser les couleurs dans l'espace et le temps fournit de l'information au sujet des types de molécules présent et leur conformation.

"Avec la spectroscopie de la fluorescence laser nous mesurons la longueur d'onde de l'émission et le temps que les molécules restent dans l'état excité avant de revenir à l'état initial. Cela fournit des l'informations au sujet de la composition chimique du tissu, et des changements moléculaires et biochimiques, en fonction des étapes de maladie",ajoute Laura Marcu, Docteur, directeur de Recherche Biophotonics et Laboratoire du Développement de la Technologie à Cedre-Sinai.

Le Dr. Marcu dirige plusieurs étudiants de deuxième cycle USC et des associés postdoctoraux dans la création des appareils de la prise d'images optiques, de matériel et de logiciel. Elle travaille conjointement avec les neurochirurgiens et chercheurs de l'Institut Neurochirurgical Maxine Dunitz pour adapter les applications cliniques du système au tissu du système nerveux central, et collabore avec les cardiologues pour poursuivre l'application de cette découverte à l'artériosclérose.

D'après le Dr. Marcu, l'un des auteurs de l'article, les chercheurs ont trouvé que les gliomes hautement malins sont caractérisés par une émission de fluorescence de plus longue durée, comparé à celle du tissu normal. En outre, les gliomes peuvent être distingués par la durée de la fluorescence qui diffère de plusieurs longueurs d'onde : la fluorescence du gliome est durable à certaines longueurs d'onde courtes mais éphémère à quelques plus longues longueurs d'onde. Analyser le tissu quant à intensité de la fluorescence et la durée de la fluorescence fournit l'information qui traduit un haut niveau de précision diagnostique.

Actuellement, le système spectroscopique consiste en un instrument optique de la taille d'un stylo à bille qui est relié par un câble à un ordinateur. À travers une lentille à l'extrémité, le laser fournit la lumière et le grossissement pour les chirurgiens. Un laser à azote peut être utilisé pour stimuler les molécules dans les cellules et la lumière réémise par les cellules est envoyé sous forme de données à l'ordinateur.

Le matériel est encore à l'état de prototype a ajouté le Dr. Marcu mais un ingénieur biomédical s'est spécialisé dans la spectroscopie optique et la prise d'images.

"La plupart des premières analyses ont été faites en laboratoire sur la table optique", a-t-elle ajouté mais maintenant nous sommes dans une nouvelle étape dans laquelle nous avons réussi l'instrumentalisation optique qui peut entrer par endoscopie dans la salle d'opération."

Avant que les spectroscopie de la fluorescence puissent devenir habituels dans la salle d'opération, le matériel doit être miniaturisé, réglé avec précision, et l'information affichée doit être simplifiée, a dit Dr. Marcu. "À présent, nous regardons un écran d'ordinateur qui contient l'information au sujet du tissu. Mais nous espérons développer des systèmes miniatures qui fournissent une lumière qui change des couleurs pour montrer quel tissu est sain et lequel est malade. Il reconnaîtra en temps réel les caractéristiques du tissu."


Le laboratoire de recherche Biophotonique de cedre-Sinai est affilié au MISTI qui réunit ensemble un groupe de recherche scientifique, une faculté pre-clinique et une équipe de recherche clinique.

L'étude de la fluorescence a été supportée en partie par la Fondation Whitaker.

Cedre-Sinai est un des plus grands centre universitaire médicaux sans but lucratif aux États-Unis. Pour la cinquième période de deux années, il a eu la médaille d'or dans les soins médicaux. Cedre-Sinai est un centre internationalement renommé pour ses percées dans la recherche biomédicale. Il se classe parmi les 10 premiers hôpitaux universitaires américains ses activités de la recherche.
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