La vision du papillon a inspiré un système d’imagerie pour détecter les cellules cancéreuses

Dans leur quête pour faire progresser les diagnostics médicaux, les scientifiques se tournent souvent vers la nature pour s’inspirer. Un exemple remarquable en est les capacités visuelles du papillon, qui ont inspiré un développement révolutionnaire dans la technologie de détection du cancer.

L’inspiration vient de la capacité du papillon Papilio xuthus à percevoir la lumière ultraviolette (UV), un exploit bien au-delà des capacités humaines. En exploitant ce super pouvoir naturel, les chercheurs ont développé un capteur d’imagerie qui pourrait révolutionner la façon dont nous identifions les cellules cancéreuses.

Système visuel unique

Au cœur de cette avancée se trouve le système visuel unique du papillon, capable de détecter un spectre de couleurs, y compris la lumière UV. Les éléphants, les crevettes-mantes et les tortues ont également des sens qui dépassent les capacités humaines, mais c’est la vision du papillon qui a ouvert de nouvelles voies en matière d’imagerie médicale.

La recherche a été dirigée par le professeur Viktor Gruev et le professeur Shuming Nie de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign.

« Nous nous sommes inspirés du système visuel des papillons, capables de percevoir plusieurs régions du spectre UV, et avons conçu une caméra qui reproduit cette fonctionnalité », a déclaré le professeur Gruev.

« Nous y sommes parvenus en utilisant de nouveaux nanocristaux de pérovskite, combinés à une technologie d’imagerie au silicium, et cette nouvelle technologie de caméra peut détecter plusieurs régions UV. »

Photorécepteurs

L’œil humain est limité à trois photorécepteurs dans le spectre du rouge, du vert et du bleu. En revanche, les yeux du papillon Papilio xuthus possèdent au moins six classes de photorécepteurs, leur permettant de voir des couleurs supplémentaires telles que le violet et diverses nuances d’UV.

Pour imiter cela, les chercheurs ont utilisé des nanocristaux de pérovskite (PNC) en tandem avec la technologie du silicium pour créer un capteur d’imagerie capable de détecter plusieurs régions UV avec une haute précision.

Nanocristaux de pérovskite

Les nanocristaux de pérovskite, connus pour leurs propriétés exceptionnelles d’absorption et d’émission de lumière, sont particulièrement aptes à détecter les longueurs d’onde UV, qui sont traditionnellement difficiles à capturer en raison de leur tendance à être absorbées par la plupart des matériaux.

En incorporant des nanocristaux de pérovskite, le capteur peut absorber les photons UV et les réémettre dans le spectre visible, qui est ensuite capté par des photodiodes au silicium. Cette technologie permet la cartographie détaillée des signatures UV, ce qui joue un rôle déterminant dans la distinction des cellules cancéreuses des cellules saines.

Marqueurs biomédicaux

La différenciation est possible grâce à l’autofluorescence de marqueurs biomédicaux tels que les acides aminés, les protéines et les enzymes présents en concentrations plus élevées dans les tissus cancéreux.

Lorsqu’ils sont exposés à la lumière UV, ces marqueurs émettent de la lumière dans le spectre UV et visible. Le dispositif d’imagerie développé par l’équipe de Gruev et Nie peut identifier ces signatures spectrales uniques avec un niveau de confiance impressionnant de 99 %.

« L’imagerie dans la région UV a été limitée et je dirais que cela a été le plus grand obstacle au progrès scientifique », a expliqué Nie. « Nous avons désormais mis au point cette technologie qui nous permet d’imager la lumière UV avec une sensibilité élevée et de distinguer également de petites différences de longueur d’onde. »

Implications de l’étude

Il existe de nombreuses applications potentielles pour le capteur. Par exemple, il pourrait être utilisé pour aider les chirurgiens à déterminer la quantité précise de tissu à retirer lors des excisions de tumeurs cancéreuses.

De plus, cette technologie pourrait améliorer notre compréhension des nombreuses autres espèces qui perçoivent la lumière UV, révélant ainsi un aperçu de leurs comportements et interactions au sein de leurs écosystèmes, même sous l’eau.

« Cette nouvelle technologie d’imagerie nous permet de différencier les cellules cancéreuses des cellules saines et ouvre la voie à de nouvelles applications passionnantes au-delà de la simple santé », a déclaré Nie.

La recherche est publiée dans la revue Avancées scientifiques.

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