Mercredi 13 février 2013.- Des scientifiques de l'Institut des sciences photoniques (ICFO) de l'UPC à Castelldefels (Barcelone) ont réussi à développer des atomes artificiels pour réaliser des résonances magnétiques dans les cellules à l'échelle moléculaire, ce qui pourrait révolutionner le domaine de l'imagerie diagnostique médicale .
La recherche, réalisée en collaboration avec le CSIC et l'Université Macquarie d'Australie, a développé une nouvelle technique, similaire à l'imagerie par résonance magnétique mais avec une résolution et une sensibilité beaucoup plus élevées, qui permet de scanner des cellules individuelles.
Les travaux, qui ont été publiés dans la revue "Nature Nanotech", ont été dirigés par le Dr Romain Quidant.
Tel que rapporté par l'ICFO, la recherche a réussi à utiliser des atomes artificiels, des particules nanométriques de diamant dopé avec une impureté azotée, pour pouvoir sonder des champs magnétiques très faibles, tels que ceux générés dans certaines molécules biologiques.
L'imagerie par résonance magnétique conventionnelle enregistre les champs magnétiques des noyaux atomiques du corps qui ont été précédemment excités par un champ électromagnétique externe, et selon la réponse de tous ces atomes, l'évolution de certaines maladies peut être surveillée et diagnostiquée avec une résolution millimétrique.
Cependant, en résonance conventionnelle, les petits objets n'ont pas suffisamment d'atomes pour observer le signal de réponse.
La technique innovante proposée par l'ICFO améliore considérablement la résolution jusqu'à l'échelle nanométrique (1 000 000 fois supérieure au millimètre), permettant de mesurer des champs magnétiques très faibles, tels que ceux créés par les protéines.
"Notre méthode ouvre la porte pour pouvoir effectuer des résonances magnétiques sur des cellules isolées, obtenant une nouvelle source d'informations pour mieux comprendre les processus intracellulaires et diagnostiquer les maladies à cette échelle", a expliqué le chercheur de l'ICFO Michael Geiselmann.
Jusqu'à présent, il n'était possible d'atteindre cette résolution qu'en laboratoire, en utilisant des atomes individuels à des températures proches du zéro absolu, autour de -273 degrés Celsius.
Les atomes individuels sont des structures très sensibles à leur environnement et ont une grande capacité à détecter les champs électromagnétiques à proximité, mais ils sont si petits et volatils qu'ils doivent être refroidis à des températures proches du zéro absolu pour les manipuler, dans un processus très complexe qui nécessite un environnement qui rend ses applications médicales possibles irréalisables.
Cependant, les atomes artificiels utilisés par l'équipe de Quidant sont formés par une impureté d'azote capturée dans un petit cristal de diamant.
"Cette impureté a la même sensibilité qu'un atome individuel mais est très stable à température ambiante grâce à son encapsulation. Cette coquille de diamant nous permet de gérer l'impureté azotée dans un environnement biologique et, par conséquent, nous permet de scanner les cellules", Quidant a fait valoir.
Pour pouvoir piéger et manipuler ces atomes artificiels, les chercheurs utilisent la lumière laser, qui fonctionne comme une pince capable de les diriger au-dessus de la surface de l'objet à étudier et ainsi recevoir des informations des petits champs magnétiques qui le composent.
L'apparition de cette nouvelle technique pourrait révolutionner le domaine de l'imagerie diagnostique médicale, car elle optimise considérablement la sensibilité de l'analyse clinique et, par conséquent, améliore la possibilité de détecter les maladies plus tôt et de les traiter plus efficacement.
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La recherche, réalisée en collaboration avec le CSIC et l'Université Macquarie d'Australie, a développé une nouvelle technique, similaire à l'imagerie par résonance magnétique mais avec une résolution et une sensibilité beaucoup plus élevées, qui permet de scanner des cellules individuelles.
Les travaux, qui ont été publiés dans la revue "Nature Nanotech", ont été dirigés par le Dr Romain Quidant.
Tel que rapporté par l'ICFO, la recherche a réussi à utiliser des atomes artificiels, des particules nanométriques de diamant dopé avec une impureté azotée, pour pouvoir sonder des champs magnétiques très faibles, tels que ceux générés dans certaines molécules biologiques.
L'imagerie par résonance magnétique conventionnelle enregistre les champs magnétiques des noyaux atomiques du corps qui ont été précédemment excités par un champ électromagnétique externe, et selon la réponse de tous ces atomes, l'évolution de certaines maladies peut être surveillée et diagnostiquée avec une résolution millimétrique.
Cependant, en résonance conventionnelle, les petits objets n'ont pas suffisamment d'atomes pour observer le signal de réponse.
La technique innovante proposée par l'ICFO améliore considérablement la résolution jusqu'à l'échelle nanométrique (1 000 000 fois supérieure au millimètre), permettant de mesurer des champs magnétiques très faibles, tels que ceux créés par les protéines.
"Notre méthode ouvre la porte pour pouvoir effectuer des résonances magnétiques sur des cellules isolées, obtenant une nouvelle source d'informations pour mieux comprendre les processus intracellulaires et diagnostiquer les maladies à cette échelle", a expliqué le chercheur de l'ICFO Michael Geiselmann.
Jusqu'à présent, il n'était possible d'atteindre cette résolution qu'en laboratoire, en utilisant des atomes individuels à des températures proches du zéro absolu, autour de -273 degrés Celsius.
Les atomes individuels sont des structures très sensibles à leur environnement et ont une grande capacité à détecter les champs électromagnétiques à proximité, mais ils sont si petits et volatils qu'ils doivent être refroidis à des températures proches du zéro absolu pour les manipuler, dans un processus très complexe qui nécessite un environnement qui rend ses applications médicales possibles irréalisables.
Cependant, les atomes artificiels utilisés par l'équipe de Quidant sont formés par une impureté d'azote capturée dans un petit cristal de diamant.
"Cette impureté a la même sensibilité qu'un atome individuel mais est très stable à température ambiante grâce à son encapsulation. Cette coquille de diamant nous permet de gérer l'impureté azotée dans un environnement biologique et, par conséquent, nous permet de scanner les cellules", Quidant a fait valoir.
Pour pouvoir piéger et manipuler ces atomes artificiels, les chercheurs utilisent la lumière laser, qui fonctionne comme une pince capable de les diriger au-dessus de la surface de l'objet à étudier et ainsi recevoir des informations des petits champs magnétiques qui le composent.
L'apparition de cette nouvelle technique pourrait révolutionner le domaine de l'imagerie diagnostique médicale, car elle optimise considérablement la sensibilité de l'analyse clinique et, par conséquent, améliore la possibilité de détecter les maladies plus tôt et de les traiter plus efficacement.
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