Aiguilles médicales du 21e siècle pour le diagnostic du cancer de haute technologie
IMAGE: En couplant des ondes ultrasonores à une aiguille médicale, les chercheurs ont pu faire vibrer la pointe d’une aiguille médicale 30 000 fois par seconde. La nouvelle technologie pourrait améliorer … voir Suite
Crédit: Université Aalto
Le diagnostic de maladies comme le cancer nécessite presque toujours une biopsie – une procédure au cours de laquelle un clinicien retire un morceau de tissu suspect du corps pour l’examiner, généralement au microscope. De nombreux domaines de la médecine diagnostique, en particulier la gestion du cancer, ont connu d’énormes progrès technologiques, le séquençage génétique, la biologie moléculaire et l’intelligence artificielle augmentant rapidement la capacité des médecins à déterminer ce qui ne va pas chez un patient. Cependant, la technologie des aiguilles médicales n’a pas radicalement changé en 150 ans et, dans le contexte de la gestion du cancer, les aiguilles ont du mal à fournir des échantillons de tissus adéquats pour les nouvelles techniques de diagnostic. Maintenant, les chercheurs ont montré que modifier l’aiguille de biopsie pour qu’elle vibre rapidement à 30000 fois par seconde fournit non seulement des données suffisantes pour les besoins de diagnostic du 21e siècle, mais est également potentiellement moins douloureux et moins traumatisant pour les patients.
«Les rendements de la biopsie – la quantité de tissu extrait – sont souvent insuffisants, certaines études montrant que jusqu’à un tiers des biopsies à l’aiguille fine ont du mal à obtenir suffisamment de tissu pour un diagnostic fiable», déclare le professeur Heikki Nieminen, de l’université Aalto, département de Neuroscience et génie biomédical. « Une biopsie peut être douloureuse, et l’attente des résultats d’un test diagnostique peut être une période très pénible pour le patient et sa famille, surtout si le diagnostic nécessite des re-biopsies pour être concluant. Nous voulions rendre la procédure plus douce pour le patient. patient, et augmentez la certitude que le test sera en mesure de nous donner une réponse dès la première tentative. » Le professeur Nieminen visitait l’Université de Toronto, au Canada, pour travailler avec le professeur Kenneth Pritzker, pathologiste à l’hôpital Mount Sinai de Toronto, ainsi qu’un chercheur universitaire à la faculté de médecine de Temerty. C’est alors qu’ils étaient au déjeuner un jour que Pritzker a suggéré que la solution au problème pourrait peut-être être résolue à l’aide d’une échographie.
L’une des méthodes de biopsie les moins douloureuses est appelée «biopsie à l’aiguille fine», qui utilise une aiguille de la même épaisseur que dans de nombreuses autres procédures médicales. Cependant, pour les traitements diagnostiques plus avancés – comme ceux utilisés dans le cancer – les aiguilles fines à elles seules ne reçoivent pas suffisamment de matériel régulièrement, de sorte que la pratique actuelle consiste souvent à utiliser une aiguille beaucoup plus épaisse, appelée aiguille de base. « Ils sont douloureux pour le patient et peuvent également provoquer des saignements – vous ne voulez pas utiliser une aiguille de base à moins que vous ne deviez le faire. » dit Pritzker. «À la température du corps, le tissu humain existe en tant que quelque chose qui se comporte à mi-chemin entre être un solide et un liquide. La percée ici est qu’en faisant vibrer la pointe de l’aiguille par ultrasons, nous sommes en mesure de faire circuler le tissu plus comme un liquide, ce qui nous permet d’en extraire davantage grâce à une aiguille étroite. «
Ressemble à une aiguille ordinaire
Dans un nouvel article, publié dans Rapports scientifiques, l’équipe partage avec le monde entier le fonctionnement de ces aiguilles vibrantes à ultrasons. «Les vibrations fournissent de l’énergie au tissu pour le rendre plus fluide», explique le premier auteur de l’article, Emanuele Perra, qui travaille dans le groupe de Nieminen à l’Université Aalto. « Les vibrations sont localisées uniquement sur la pointe, elles n’affectent donc aucun autre tissu à l’exception d’une petite région autour de l’aiguille. Nous avons pu montrer que les vibrations ultrasoniques augmentent le rendement de la biopsie de 3 à 6 fois par rapport à la même aiguille. sans échographie, ce qui était encore plus grand que ce que nous espérions. » Les vibrations sont bien au-dessus de la plage d’audition pour les humains, et l’amplitude des ondes est suffisamment petite pour qu’elle ne devrait pas être très différente d’un test sanguin normal.
La forte augmentation de la quantité de tissu extrait dans la biopsie signifie qu’il est très utile pour la tendance croissante du traitement du cancer de haute technologie. Un tel exemple est le diagnostic moléculaire, qui examine la composition chimique des tumeurs, pour permettre aux médecins de cibler le traitement plus efficacement sur un type de cancer spécifique. «Le diagnostic moléculaire est un processus coûteux, et c’est un gaspillage d’argent coûteux de le faire échouer car la qualité du matériel recueilli lors de la biopsie n’était auparavant pas assez bonne», explique Pritzker.
La technologie qui alimente l’aiguille est l’acoustique non linéaire, où les vibrations traversant un matériau ont une amplitude si grande qu’elles interagissent avec le matériau lui-même. Ces interactions ont permis aux concepteurs de l’aiguille de concentrer toute l’énergie sur la pointe de l’aiguille et de mesurer leurs effets. « Nous avons très bien caractérisé les vibrations au bout de l’aiguille. Nous avons utilisé des caméras haute vitesse qui nous ont permis d’étudier les effets physiques de l’aiguille vibrante sur les frontières entre les fluides, les solides et l’air avec des détails sans précédent. », dit Nieminen. « La riche compréhension que nous avons réussi à obtenir de la physique nous a permis de concevoir le dispositif médical et de comprendre comment il pourrait être utilisé à différentes fins médicales. »
Essais médicaux en cours
On s’attend à ce que l’aiguille passe bientôt à des études avec de vrais patients atteints de cancer, bien que pour le moment ne soient que des patients à quatre pattes. Un hôpital vétérinaire spécialisé au Canada devrait bientôt tester le dispositif sur des animaux domestiques atteints de cancer, et si tout se passe comme prévu, l’équipe espère que leurs aiguilles seront utilisées chez des patients humains peu de temps après.
«L’oncologie moderne ne se contente pas de faire une biopsie au début du traitement», explique Nieminen. « De plus en plus, les oncologues veulent être en mesure de prendre plusieurs biopsies pour suivre l’évolution et la réponse des tumeurs au cours du traitement. Nous voulons que les outils pour ces biopsies soient aussi efficaces et indolores que possible. »
Alors que l’équipe prépare les aiguilles pour les biopsies du monde réel, elle est également enthousiasmée par les applications futures qu’elle recherche toujours. « L’effet des vibrations ultrasonores sur les tissus pourrait également fonctionner dans l’autre sens », explique Perra, « les vibrations pourraient faciliter la distribution de produits pharmaceutiques de manière ciblée à des tissus comme le foie. Ils pourraient également être capables de se briser. de petits objets durs dans les tissus mous, comme des calculs rénaux ou même de petites tumeurs – le tout de manière peu invasive. » En associant des experts en physique acoustique à des experts en technologie médicale, l’équipe espère que de nombreuses autres innovations découleront de la mise à niveau de l’humble aiguille médicale au 21e siècle.
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L’article L’actionnement par ultrasons d’une aiguille fine améliore le rendement de la biopsie, est publié dans Rapports scientifiques DOI: https: /
Détails du contact
Heikki Nieminen
Professeur
Université Aalto
Courriel: heikki.j.nieminen@aalto.fi
tel: +358505019280
Kenneth Pritzker
Professeur honoraire
Université de Toronto, Mount Sinai Hospital Toronto
Courriel: k.pritzker@utoronto.ca
Emanuele Perra
Chercheur doctorant
Université Aalto
Courriel: emanuele.perra@aalto.fi
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