Une équipe de recherche de l'Université de l'Arizona recevra près de 2,7 millions de dollars du programme Common Fund Venture du NIH pour faire progresser les technologies d'imagerie de nouvelle génération qui permettent des vues plus profondes et plus claires à l'intérieur du corps sans avoir recours à des procédures invasives.
L'équipe de l'U of A, dirigée par Florian Willomitzer du James C. Wyant College of Optical Sciences et du Dr Clara Curiel-Lewandrowski de l'U of A Comprehensive Cancer Center, est l'un des quatre groupes à l'échelle nationale à recevoir un financement dans le cadre de l'initiative « Faire progresser les approches d'imagerie optique non invasives pour les systèmes biologiques ». Le montant final de la subvention dépend de la réussite des étapes franchies et de la disponibilité des fonds.
Le groupe de recherche de l'Université de l'Alberta développera une technologie optique capable d'examiner en profondeur les tissus biologiques, tels que la peau ou les tissus mous du corps. Cette approche pourrait être utilisée pour imager les cancers de la peau, la tumeur maligne la plus répandue dans le monde, afin d'aider les médecins à évaluer l'invasion tumorale et à surveiller la réponse au traitement.
L'approche non invasive est basée sur l'imagerie de longueur d'onde synthétique, ou SWI, qui utilise deux longueurs d'onde d'éclairage distinctes pour générer par calcul une longueur d'onde d'imagerie virtuelle « synthétique ». En raison de la longueur d’onde synthétique plus longue, le signal est plus résistant à la diffusion de la lumière à l’intérieur des tissus. Dans le même temps, les chercheurs peuvent tirer parti des informations de contraste plus élevées fournies par les longueurs d’onde d’éclairage d’origine.
Ce projet se concentre spécifiquement sur les cancers de la peau autres que le mélanome, tels que le carcinome basocellulaire ou le carcinome épidermoïde. Ces cancers de la peau peuvent présenter des propriétés de contraste d'imagerie significativement différentes de celles du mélanome, ce qui pose un défi unique au développement de nouvelles technologies d'imagerie « profondes ».
Florian Willomitzer, chercheur principal, chef de projet, professeur agrégé de sciences optiques
Les méthodes actuelles d'imagerie du cancer de la peau, telles que la microscopie confocale ou la tomographie par cohérence optique, utilisent une lumière optique dont les longueurs d'onde vont du spectre visible au proche infrarouge, selon Willomitzer. Ils offrent un contraste et une résolution supérieurs à de faibles profondeurs de tissus, mais leurs longueurs d'onde d'imagerie relativement courtes les rendent sensibles à la diffusion de la lumière en profondeur dans les tissus biologiques. Les méthodes à longueur d’onde plus longue, comme les ultrasons ou les approches hybrides, peuvent imager des couches plus profondes, mais elles manquent souvent de résolution ou de contraste suffisant pour certains types de cancer.
« D'un point de vue translationnel, cette limitation est particulièrement importante », a déclaré Curiel-Lewandrowski, l'autre chercheur principal, directeur du département de dermatologie de la Faculté de médecine de Tucson et codirecteur du Skin Cancer Institute du U of A Cancer Center. « Les patients atteints de cancers de la peau autres que le mélanome présentent souvent des lésions dont la taille, la profondeur et le type d'invasion varient considérablement. »
Selon Curiel-Lewandrowski, les outils d'imagerie doivent être suffisamment polyvalents pour évaluer avec précision les marges tumorales au moment du diagnostic, tout en étant suffisamment robustes et fiables pour surveiller la réaction des lésions au cours du traitement.
« Pour y parvenir, nous avons besoin de capacités d'imagerie réglables qui équilibrent la pénétration en profondeur avec la résolution et le contraste de l'imagerie – quelque chose que les technologies actuelles ne peuvent pas fournir de manière fiable », a-t-elle déclaré.
L'initiative du Fonds commun des NIH pour l'avancement des approches d'imagerie optique non invasives pour les systèmes biologiques vise à surmonter ces limitations et d'autres grâce au développement technologique qui permettra à la lumière d'imager en profondeur à travers les tissus de manière non invasive et à haute résolution. Les techniques d'imagerie améliorées peuvent permettre une détection plus précoce des problèmes de santé, une évaluation plus précise de la santé cellulaire et tissulaire et des progrès dans les procédures non invasives pour remplacer la chirurgie. L'initiative du NIH vise à produire des images très détaillées pouvant révéler des structures allant des cellules individuelles aux caractéristiques plus larges des tissus vivants. Il vise également à enregistrer des processus biologiques rapides, tels que les contractions musculaires et le pouls, avec suffisamment de vitesse pour les capturer en temps réel.
« La résilience de l'imagerie par longueur d'onde synthétique à la diffusion dans les tissus profonds tout en préservant un contraste tissulaire élevé aux longueurs d'onde des porteurs optiques est une combinaison rare », a expliqué Willomitzer. « En associant cette propriété à des algorithmes d'évaluation informatiques avancés, notre approche vise à s'affranchir du compromis conventionnel résolution-profondeur-contraste. »
L'équipe vise à combler une lacune critique dans les soins contre le cancer de la peau en faisant progresser cette nouvelle technologie, a déclaré Curiel-Lewandrowski.
« Notre objectif est de traduire ces avancées en imagerie dans la pratique clinique », a-t-elle déclaré. « Si nous pouvons détecter les lésions invasives plus tôt, définir plus précisément les marges tumorales et surveiller la réponse aux traitements non invasifs en temps réel, nous pourrons maximiser l'efficacité des approches thérapeutiques émergentes. Cela nous permettra également d'adapter la durée et la posologie de l'intervention individuellement à chaque patient.
La co-chercheuse Jennifer Barton, titulaire de la chaire distinguée Thomas R. Brown en génie biomédical, a déclaré : « Ce projet fera progresser de manière significative les approches optiques non invasives pour l'imagerie biomédicale et illustre les développements passionnants possibles lorsque les chercheurs en sciences de la santé, en ingénierie et en sciences optiques de l'Université de l'Alberta collaborent. »
D'autres membres de l'équipe sur le projet financé par cette récompense NIH (1UG3DA065139-01) incluent Sally Dickinson, professeure agrégée de recherche en pharmacologie au Cancer Center, et Muralidhar Madabhushi Balaji, associé de recherche postdoctoral dans le groupe de Willomitzer au Wyant College of Optical Sciences.
« Nous prévoyons que nos progrès faciliteront la première démonstration clinique de l'imagerie par longueur d'onde synthétique dans le besoin critique et non satisfait de l'évaluation des cancers de la peau autres que le mélanome », a déclaré Curiel-Lewandrowski.
« Si nous réussissons », a déclaré Willomitzer, « la large accordabilité de la longueur d'onde synthétique ouvre des voies potentielles supplémentaires en matière d'imagerie biomédicale grâce à des tissus fortement diffusés pour notre approche, telles que de nouvelles méthodes de détection du cancer du sein ou d'imagerie en profondeur dans le cerveau humain. »
