Infra red fiber sensor for in situ and in vivo biological analysis – FIR-MED

Pour valider la pertinence du capteur FIR-MED, trois axes de recherche sont nécessaires :
1. Le premier biologique, avec la validation de la discrimination diagnostique : Recueil de signatures infra rouge de cultures de cellules tumorales en laboratoire et de liquides d’ascites chez des patients cirrhotiques graves.
A l’aide de capteurs et d’un spectroscope de laboratoire, plusieurs dizaines de spectres vont être recueillis.
2. Le second technologique afin de tester un matériel utilisable en routine pour la spectroscopie infra rouge, ne demandant notamment pas de refroidissement à l’azote liquide, et d’algorithmes statistiques permettant de classifier les signatures de sujets sains de celles de sujets malades.
3. Enfin un troisième axe matériau, pour valider les performances de la fibre optique.
Cela comprend des tests de résistance mécanique pour garantir la durabilité du capteur, des tests optiques pour confirmer la robustesse du procédé de fabrication du verre, en stimulant des défaillances, et enfin des tests biologiques pour garantir son innocuité, en testant son implantation dans des animaux de laboratoire.

Certains travaux ont déjà permis de mettre en évidence des résultats intéressants.
Ainsi, nous avons pu déterminer les conditions de réalisation des fibres optimisant leur tenue mécanique et les résultats préliminaires des tests de toxicité montrent une absence d’effet négatif sur l’organisme des souris.
Par ailleurs, les mesures sur cellules tumorales permettent d’entrevoir une discrimination entre les cellules différentiées et les cellules proliférantes, signes de tumeurs.

Ces premiers résultats, combinés aux recherches préliminaires effectuées, confirment qu’il est possible d’envisager l’utilisation de capteur infra rouge pour effectuer des diagnostics médicaux.
Une société est en cours de création pour développer un matériel industriel, recevant le marquage CE, utilisable en milieu hospitalier.

Comme évoqué ci-dessus, les résultats de ces travaux vont permettre l’essaimage d’une société qui proposera sur le marché un diagnostic médical innovant. Ce dispositif sera plus rapide et/ou moins invasif que les procédures standard actuelles, notamment dans le cas de maladies chroniques, des maladies infectieuses ou pour la détection de tumeurs.

RAS

FIR-MED project aims to valorize the joined work performed for more than 10 years by Glasses and Ceramics Laboratory at Rennes University (Laboratoire Verres et Céramiques –UMR CNRS 6226) and by the Iron and Liver team (Equipe Fer et Foie U991 – INSERM, Rennes University Hospital Pontchaillou) in order to develop analysis using Fiber Evanescent Wave Spectroscopy (FEWS) in the mid infra red area.
The mid infrared waveband (wavelength between 2 and 14 µm) includes most of the spectral signatures of biological molecules such as glycogen, lipid, proteins… FEWS analysis allows to get a comprehensive biological signature of a sample.
Scientific publications confirm that tumors or pathological situation can be identified using ex situ infra red spectroscopy in most of human tissues or serums (colon, esophagus, stomach, lung, brain, skin, breast, cervix, prostate, bone…).
The main limitation to IR spectroscopy development is the lack of a sensor to perform such analysis in situ and/or in vivo. Such a sensitive and compact sensor has been developed by LVC and its partners. Its design and manufacturing process have been patented (patent pending). This sensor leads us to consider FEWS as powerful IN VIVO or IN SITU DIAGNOSIS TOOL, providing a comprehensive metabolic “fingerprint” of a biological element.
In regard of most current validated clinical procedures, including biochemical, histopathological, hematological and bacteriological ones that are performed on samples obtained by puncture, biopsy or a surgical procedure, FEWS benefit for the patient is twofold:
1 – It will be a minimally invasive procedure, with less risk, by removing for instance the one induced by the lesion created during a biopsy excision procedure.
2 – FEWS gives an immediate result, by canceling the need to ship and analyze the sample in a remote location; Therapeutic measures can be then implemented at once, allowing a precious time gain, in the case of an acute infection development in synovial liquid.
Tests are in progress to validate these points, funded by local government and EU.
Within the ANR emergence program, we aim to lift the last scientific barriers that prevent manufacturing a commercial product, i.e.:
1 – Make sure that we can have a robust process to manufacture a glass that can guarantee the sensor performances and safety for the patient
2 – Define the hardware and software elements that will be used in the design of the downstream dedicated spectroscope.
3 – Demonstrate that FEWS can not only be a credible equivalent to current validated clinical procedures, but that it can provide an early diagnosis for a lighter, and cheaper, therapeutic action. We will work on hepato-gastroenterological applications.
In addition to Bretagne valorization, the Technology Transfer Office of Rennes University, some experienced individuals, issued from the glass and medical industry, have joined the project in order to create in the future a company that develop, manufacture and sell a medical device based on this technique.