Les chercheurs ont développé un imageur extrêmement mince et flexible qui pourrait être utile pour acquérir des images non invasivement à l'intérieur du corps. La nouvelle technologie pourrait un jour permettre une détection de maladies précoces et précise, fournissant des informations critiques pour guider un traitement en temps opportun et efficace.
« Par opposition aux endoscopes prohibitifs existants en caméras et aux objectifs optiques ou aux faisceaux de fibres optiques volumineux, notre microproimager est très compact », a déclaré le chef de l'équipe de recherche Maysam Chamanzar de l'Université Carnegie Mellon. « Beaucoup plus mince qu'un cils typique, notre appareil est idéal pour atteindre les régions profondes du corps sans causer de dommages importants au tissu. »
Dans le journal Biomedical Optics Expressles chercheurs ont montré que le Microimager, qui n'a que 7 microns d'épaisseur – un dixième de diamètre des cils – et environ 10 mm de long, peut être utilisé dans un cerveau de souris pour l'imagerie structurelle et fonctionnelle de l'activité cérébrale. La largeur de l'imageur à couches minces peut être personnalisée en fonction du champ de vision et de résolution souhaités.
« Avec un développement ultérieur, le Microimager pourrait être implanté pour une imagerie à court ou à long terme ou attaché aux cathéters pour image des parties du corps internes comme le tractus gastro-intestinal ou à l'intérieur des vaisseaux sanguins », a déclaré Chamanzar. « Il pourrait également être utilisé avec des outils chirurgicaux pour fournir une rétroaction visuelle en temps réel aux chirurgiens afin d'améliorer les résultats chirurgicaux et de réduire les risques d'effets indésirables. »
Tirer parti d'un polymère biocompatible
L'endoscope miniaturisé est basé sur une plate-forme photonique flexible qui utilise le Parylene en polymère transparent biocompatible pour créer des composants photoniques tels que les guides d'ondes. Les chercheurs ont initialement développé la photonique de Parylene pour créer des dispositifs implantables miniaturisés qui fournissent une délivrance de lumière ciblée dans les tissus.
Dans les nouveaux travaux, les chercheurs ont utilisé la capacité bidirectionnelle des guides d'ondes de Parylene, qui peuvent à la fois délivrer et détecter la lumière, pour créer un tableau de guides d'ondes conçus pour l'imagerie de la structure et de la fonction des tissus. Ils ont conçu un microimager avec des guides d'ondes qui ont chacun un micromirror aux deux extrémités.
Un ou plusieurs des guides d'ondes fournissent une lumière pour éclairer le tissu tandis que la lumière rétrodiffusée est collectée par les micromirors, couplée à d'autres guides d'ondes individuelles et transmise à l'arrière. Là, la lumière est projetée sur un réseau de capteurs d'image. Avec cette conception, chaque guide d'onde relaie efficacement un pixel de l'image tissulaire.
« Nous avons fait l'endoscope miniaturisé en utilisant des techniques de fabrication à l'échelle microscopique similaires à celles utilisées dans les microélectroniques et les systèmes microélectromécaniques (MEMS) », a déclaré M. Hassan Malekoshoaryie, le doctorant qui a conçu et démontré ces imageurs endoscopiques. « Cela permet aux guides d'ondes et aux micromirors d'être facilement personnalisés pour l'imagerie de divers tissus avec la résolution souhaitée. »
Imagerie à l'intérieur du cerveau
Pour démontrer l'endoscope miniaturisé, les chercheurs ont d'abord montré qu'il pouvait image des microsphères fluorescentes intégrées dans un milieu de diffusion, permettant une localisation 3D des microsphères. Ils ont ensuite utilisé le Microimager pour capturer une image fluorescente du tissu cérébral de souris exprimant la protéine fluorescente verte. Enfin, ils ont démontré l'imagerie neuronale fonctionnelle à partir de tissu cérébral de souris qui exprime des indicateurs de calcium codés génétiquement, démontrant que le microproimager peut capturer la fonction neuronale.
« Nous avons validé les images optiques fonctionnelles obtenues à l'aide de nos endoscopes en les comparant aux enregistrements d'électrophysiologie de la vérité au sol », a déclaré Vishal Jain, neuroscientifique de l'équipe de recherche. « L'observation d'une correspondance aussi forte entre les données d'imagerie et l'électrophysiologie était encourageante. »
Les chercheurs disent que ce travail est un pas vers leur objectif global d'imagerie du tissu neural en action. « Nous voulons finalement être en mesure de corréler l'activité neuronale avec le profil transcriptionnel de types de cellules spécifiques impliqués dans l'activité de la population », a déclaré Chamanzar.
Ensuite, les chercheurs souhaitent intégrer des sources lumineuses, des réseaux de capteurs d'image et des filtres dans le back-end de l'appareil pour implémenter un microimager autonome entièrement intégré pour les applications in vivo. Cela pourrait permettre au microproimager d'être implanté chirurgicalement dans des tissus pour des applications telles que l'imagerie des cellules cancéreuses restantes après l'élimination de la tumeur ou la surveillance de la progression de la maladie après le traitement.
