La détection précoce et le typage précis du cancer sont essentiels pour améliorer les taux de survie des patients. Bien que la pathologie traditionnelle reste la référence, elle nécessite souvent un traitement complexe des échantillons et une coloration chimique. Dans une étude publiée dans la revue PhotoniXdes chercheurs du State Key Laboratory of Millimeter Waves de l'Université du Sud-Est et de l'hôpital Zhongda de l'Université du Sud-Est ont dévoilé une nouvelle méthode de dépistage « sans étiquette ». Ils ont développé un biocapteur subtérahertz qui exploite le concept physique de « pliage de bande » pour distinguer les cellules cancéreuses en fonction de leurs propriétés diélectriques uniques.
Le défi : Détection microscopique avec des ondes longues Les ondes subtérahertz (0,1 à 10 THz) sont très attractives pour la détection biomédicale car elles sont non ionisantes (sans danger pour les tissus biologiques) et très sensibles à l'eau et aux biomolécules. Cependant, un obstacle physique important existe : les longueurs d’onde des ondes subtérahertz sont beaucoup plus grandes que les cellules de taille micrométrique qu’elles doivent détecter, ce qui entraîne des interactions faibles qui rendent difficile la capture d’informations cellulaires détaillées.
La solution : Déverrouiller les « modes cachés » Pour surmonter cette limite, l'équipe de recherche dirigée par le professeur Tie Jun Cui a proposé une nouvelle solution ancrée dans la physique du solide : le repliement des bandes de super-réseaux.
Les capteurs de métamatériaux traditionnels fonctionnent généralement avec seulement quelques modes de résonance clairsemés, ce qui limite la quantité d'informations qu'ils peuvent récupérer. L’équipe a conçu une structure de super-réseau en nid d’abeille et a introduit des perturbations périodiques précises, brisant essentiellement la symétrie structurelle. Cette opération agit comme une clé, « déverrouillant » une haute densité de « modes cachés » (états électromagnétiques qui ne peuvent normalement pas interagir avec les ondes de l’espace libre) et les repliant dans la région radiative où ils peuvent être détectés.
« Ce mécanisme pourrait permettre une différenciation rapide des phénotypes cancéreux de leurs homologues normaux », déclarent les auteurs dans l'article. Le résultat est un capteur qui fournit une empreinte spectrale continue et de haute densité dans la plage de 200 à 250 GHz, améliorant considérablement la capacité de sonder des échantillons biologiques.
Validation expérimentale : « Empreintes diélectriques » distinctes L'équipe a validé la technologie en testant trois types de cellules différents : les cellules souches mésenchymateuses normales (CSM) et deux types de cellules cancéreuses du col de l'utérus présentant différents degrés de malignité (HeLa et CaSki).
Les expériences ont montré que le capteur pouvait clairement distinguer les trois. À mesure que la malignité des cellules augmentait, le capteur détectait des changements distincts dans les spectres de transmission. Fondamentalement, les chercheurs ont comblé le fossé entre la physique et la biologie pour expliquer pourquoi cela fonctionne. En utilisant l’histopathologie et la microscopie à force atomique, ils ont confirmé que les cellules malignes possèdent une accumulation plus dense de biomasse intracellulaire (telle que des protéines et des acides nucléiques) et des noyaux plus larges que les cellules normales. Cette architecture cellulaire « encombrée » conduit à une permittivité effective plus élevée, que le capteur subtérahertz détecte comme un signal unique.
Perspectives d'avenir : Ce travail établit un lien direct entre pathologie cellulaire microscopique et réponse électromagnétique macroscopique. En offrant un moyen rapide, sans étiquette et non destructif de phénotyper les cellules, cette technologie est prometteuse pour le développement de futurs dispositifs de diagnostic pour le dépistage précoce du cancer et l'évaluation peropératoire.
