La métastase se produit lorsque les cellules cancéreuses acquièrent la capacité de se propager et de former de nouvelles tumeurs à différents endroits du corps, généralement en se déplaçant dans les vaisseaux sanguins ou lymphatiques. Étant donné que la métastase est une caractéristique du cancer avancé et complique gravement le traitement, son diagnostic précoce est essentiel. Une façon d’y parvenir consiste à rechercher des cellules tumorales circulantes (CTC) dans des échantillons de sang.
Cependant, les CTC peuvent être très rares, et ils peuvent être complètement absents dans de petits échantillons de sang malgré leur présence dans la circulation sanguine d’un patient. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé une technique appelée diffusion in-vivo cytométrie en flux (DiFC). Il s’agit de marquer les CTC avec un agent fluorescent, de diriger un laser directement sur une artère et de capturer les signaux fluorescents émis à l’aide d’un détecteur pour compter le nombre de CTC. Bien que prometteuses, les mesures DiFC peuvent être gravement affectées par le bruit de fond provenant principalement de la fluorescence inhérente du tissu environnant appelée autofluorescence (AF).
Une équipe de recherche collaborative de l’Université Tufts et de l’Université Northeastern dans le Massachusetts, aux États-Unis, a activement tenté de résoudre ce problème et de porter la méthode DiFC développée par le groupe Northeastern à un nouveau niveau. Dans leur dernière étude, publiée dans Journal d’optique biomédicale (JBO), les chercheurs ont testé les capacités d’une nouvelle méthode développée par le groupe Tufts appelée approche à double rapport (DR) pour minimiser le bruit dans DiFC et étendre ainsi sa plage de pénétration.
L’approche DR a été initialement conçue pour les techniques de spectroscopie et a maintenant été adoptée pour DiFC. Le système DR DiFC qui en résulte utilise deux sources laser et deux détecteurs soigneusement disposés dans l’espace. En théorie, le bruit peut être annulé en combinant les signaux des deux détecteurs, et les contributions AF de la surface du milieu mesuré, par exemple la peau, peuvent également être minimisées en utilisant l’approche DR. Cependant, les conditions dans lesquelles le DR DiFC offre vraiment un avantage par rapport au DiFC standard restent floues.
Les chercheurs ont abordé ce manque de connaissances de trois manières. Ils ont exécuté des simulations de Monte-Carlo en utilisant divers paramètres de bruit et AF, ainsi que pour différentes configurations source-détecteur. Ils ont également mené des expériences DR DiFC en utilisant un fantôme de flux artificiel imitant les tissus avec des microsphères fluorescentes imitant les cellules. Enfin, l’équipe a mesuré l’AF de la peau et du muscle sous-jacent des souris pour mieux comprendre la variation du bruit avec le type et la profondeur des tissus.
Les expériences ont révélé que le DR DiFC était supérieur au DiFC standard si la fraction de bruit non annulée par DR était inférieure à 10 % et si les contributions à la FA étaient pondérées en surface ; plus élevées près de la surface plutôt que d’être uniformément réparties dans le volume cible. Cependant, comme le suggèrent les expériences chez la souris, la FA est généralement beaucoup plus élevée dans la peau que dans le muscle sous-jacent, ce qui implique que le DR DiFC peut offrir un avantage par rapport au DiFC standard dans la plupart des cas. Notamment, si l’AF était plus élevé près de la surface plutôt qu’homogène, le DR DiFC avait une plage de pénétration nettement plus élevée que le DiFC standard.
Dans l’ensemble, les résultats de cette étude seront essentiels dans le développement du DR DiFC en tant que technique émergente pour détecter de manière non invasive les molécules fluorescentes dans la circulation sanguine. Cette méthode permettra aux médecins de détecter rapidement les cellules cancéreuses dans le sang des patients sans avoir à prélever d’échantillons, rendant le diagnostic des métastases plus simple et plus précis. Elle pourrait être étendue à d’autres types de cellules ou même à des molécules systémiques d’intérêt dans le futur.
