Vers un cytophone portable arc-en-ciel doté de diodes laser pour le diagnostic des maladies mondiales

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8671 (2022) Citer cet article

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In vivo, Cytophone a démontré sa capacité à diagnostiquer précocement le cancer, les infections et les troubles cardiovasculaires grâce à la détection photoacoustique des marqueurs de maladies circulantes directement dans la circulation sanguine, avec une sensibilité multipliée par 1 000 sans précédent. Néanmoins, un cytophone doté d’une spécificité et d’une portabilité supérieures est nécessaire de toute urgence. Nous présentons ici une nouvelle plate-forme Cytophone qui intègre un réseau de diodes laser multispectrales miniatures, un codage temporel-couleur et un traitement du signal à résolution temporelle à grande vitesse. À l’aide de diodes laser bicolores (808 nm/915 nm), nous avons démontré l’identification spectrale des caillots blancs et rouges, des cellules de mélanome et de l’hémozoïne dans les érythrocytes infectés par le paludisme sur fond de sang et d’artefacts. Les données d'un modèle murin de Plasmodium yoelii et d'un P. falciparum humain en culture ont été vérifiées in vitro par microscopie photothermique et fluorescente confocale. Grâce à ces techniques, nous avons détecté les cellules infectées dans les 4 heures suivant l'invasion, ce qui rend l'hémozoïne prometteuse en tant que marqueur spectralement sélectif dès les premiers stades de la progression du paludisme. Parallèlement aux résultats de notre application précédente du Cytophone avec des lasers conventionnels pour le diagnostic du mélanome, de la bactériémie, de l'anémie falciforme, de la thrombose, des accidents vasculaires cérébraux et des formes anormales d'hémoglobine, ces résultats actuels suggèrent le potentiel de développement d'un cytophone arc-en-ciel portable avec laser multispectral. diodes pour l'identification de ces maladies et d'autres.

Des progrès significatifs ont été réalisés dans le diagnostic des maladies grâce à des lasers avancés1. Parmi les différentes méthodes laser, les techniques photoacoustiques (PA) ont montré des avantages en termes de sensibilité, de caractère non invasif et de pénétration en profondeur dans les biotissus jusqu'à 3 à 5 cm2,3,4. Plusieurs appareils d'imagerie PA ont démontré des résultats cliniques prometteurs in vivo chez l'homme, notamment dans l'évaluation de l'état de la maladie de Crohn5, le diagnostic du cancer du sein6,7 et la surveillance de l'oxygénation du sang dans les veines jugulaires8. Le diagnostic de ces problèmes médicaux et de bien d’autres commence souvent par l’examen du sang d’un patient ; cependant, les tests sanguins existants ne sont pas en mesure de fournir un diagnostic précoce car leur sensibilité est limitée par le petit volume de sang collecté (généralement 5 à 10 ml pour les échantillons veineux et quelques μL pour les échantillons capillaires), qui manque jusqu'à 103 à 104 des cellules anormales. ou des biomarqueurs dans tout le volume sanguin (~ 5 L chez l'adulte)9. Cette grande partie des cellules manquées peut entraîner une progression de la maladie trop difficile à traiter, comme des métastases, une septicémie ou un accident vasculaire cérébral formé respectivement par des cellules tumorales circulantes (CTC), des bactéries et des caillots9,10. En particulier, malgré d’énormes efforts dans le développement de divers tests CTC, ils ne sont pas encore recommandés pour une utilisation clinique en raison de leur faible sensibilité et de leurs données incohérentes et, par conséquent, ont une valeur diagnostique peu claire, en particulier pour le diagnostic précoce de la maladie10,11. De plus, la plupart des techniques d’AP existantes, en particulier l’imagerie AP, sont incapables de détecter des biomarqueurs de maladies circulants et à évolution rapide avec des vitesses typiques de 5 à 10 cm/s, même s’ils sont présents dans les vaisseaux sous-cutanés, ce qui limite encore leur utilité10.

Ces restrictions peuvent être résolues en évaluant des volumes sanguins plus importants in vivo, en utilisant le principe de la cytométrie en flux in vivo avec des méthodes de détection fluorescentes, photothermiques (PT), Raman et surtout PA et leurs combinaisons11,12,13. Parmi ces méthodes, la cytométrie en flux PA in vivo (PAFC) a démontré une pertinence clinique pour la détection directe dans la circulation sanguine de bactéries (par exemple, S. aureus et E. coli), de caillots, de drépanocytoses, d'exosomes, de différentes formes d'hémoglobine (Hb ) (par exemple, oxy-, désoxy- et métha-Hb), des nanoparticules (NP) et des CTC utilisant des PA intrinsèques (par exemple, mélanine, Hb, Hz [hémozoïne], cytochromes, caroténoïdes) ou artificiels (par exemple, NP d'or). agents de contraste9,12,14,15,16,17,18,19,20. Dans un essai clinique, le PAFC a offert une amélioration sans précédent de la sensibilité d'environ 1 000 fois par rapport aux méthodes de diagnostic existantes pour détecter les CTC, les caillots et les embolies de caillots CTC chez les patients atteints de mélanome in vivo21. Nous avons également démontré que le PAFC in vivo a le potentiel de détecter les cellules murines circulantes infectées par le paludisme dans un modèle animal à un niveau de parasitémie de 0,0000001 %14,15.