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Emergence (Emergence)
Edition 2010


FIR-MED


Capteur par fibre optique infra rouge pour analyse biologique in vivo et in-situ

FIR-MED, un outil de diagnostic rapide et in situ
De nombreux diagnostics reposent sur des biopsies, dont la mise en œuvre crée une lésion, et donc un risque pour le patient. D’autres dépendent d’analyses effectuées a postériori en laboratoire, ce qui retarde d’autant le résultat et la mise en œuvre du traitement associé. FIR-MED propose de développer un outil alternatif, basé sur un capteur optique infra rouge.

Développer un capteur infra rouge pour le diagnostic médical
Les praticiens sont en permanence à la recherche de biomarqueurs permettant d’établir un diagnostic plus précis et plus rapide. Le domaine du rayonnement lumineux moyen infrarouge (longueurs d’ondes comprises entre 2 et 14 µm) contient l’essentiel des signatures spectrales des molécules biologiques au travers de leurs groupements chimiques. Une mesure d’absorption lumineuse dans le moyen infra rouge permet donc de recueillir une empreinte biologique très complète du milieu étudié.
Cette empreinte, véritable signature métabolique, permet d’identifier les anomalies générées par de nombreuses pathologies : infectieuses, tumorales, inflammatoires… Malheureusement, la mise en œuvre de cette technique demande une préparation longue, ce qui limite son utilité pour un diagnostic de routine.
Le capteur FIR-MED est basé sur le principe de l’onde évanescente : lorsque la lumière circule dans une fibre optique, une partie du champ lumineux, appelé champ évanescent, circule sur la surface extérieure de la fibre. Ce champ peut alors être absorbé par un milieu biologique en contact avec la fibre. Il est ainsi possible de recueillir l’absorption dans le moyen infra rouge, et donc la signature métabolique d’un liquide biologique ou d’un tissu, par simple contact.
Pour cela, FIR-MED développe un capteur innovant, basé sur des fibres en verre de chalcogénures, transmettant dans le moyen infra rouge. Le but du projet est de valider la pertinence de ces fibres pour une utilisation biologique, définir les éléments d’une chaîne de mesure complète permettant une mise en œuvre aisée et étudier des pistes diagnostiques dans le cas des ascites et des croissances de cellules tumorales.

Une approche pluridisciplinaire
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.

Résultats

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.

Perspectives

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.

Productions scientifiques et brevets

RAS

Partenaires

BV Bretagne Valorisation

CHU CHU DE RENNES

INSERM  INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DELEGATION DE NANTES

LVC UNIVERSITE DE RENNES I

Aide de l'ANR 257 450 euros
Début et durée du projet scientifique avril 2011 - 18 mois

Résumé de soumission

Le projet FIR-MED a pour but de valoriser les travaux effectués depuis plus de 10 ans par le Laboratoire Verres et Céramiques –UMR CNRS 6226 et l’équipe Fer et Foie U522 de l’INSERM CHU pontchaillou, dans le domaine de la spectroscopie d’ondes évanescentes infra rouge par fibre optique (Fiber Evanescent Wave Spectroscopy). Ces travaux ont démontré qu’il est possible de détecter in situ des anomalies spectrales reflétant divers état métaboliques chez l’animal ou encore une prolifération bactérienne.
En effet, Le domaine du rayonnement lumineux moyen infrarouge contient l’essentiel des signatures spectrales des molécules biologiques au travers de leurs groupements chimiques. Une analyse par FEWS permet donc de recueillir une empreinte biologique très complète du milieu étudié.
La littérature scientifique confirme que des tumeurs ou des états pathologiques peuvent être détectées ex situ par spectroscopie infra rouge dans la plupart des tissus ou sérums des organes humains (colon, œsophage, estomac, poumon, cerveau, peau, sein, utérus, prostate, os…).
La seule barrière au développement de la spectroscopie infra rouge pour des applications diagnostiques est l’absence de capteur permettant une analyse in situ. Un tel capteur compact et sensible à été développé par le LVC, son architecture et son procédé de fabrication font l’objet d’un brevet déposé en 2010. Ce capteur d’envisager le développement d’un outil diagnostic puissant donnant IN SITU et IN VIVO LA SIGNATURE METABOLIQUE COMPLETE d’un milieu biologique.
Le gain pour le patient est de deux ordres :
1 – Il s’agit d’une procédure faiblement invasive, ce qui réduit les risques, en supprimant par exemple celui engendré par les lésions créées lors de prélèvements de biopsies.
2 – Le FEWS donne un résultat immédiat, en supprimant le besoin d’une analyse en laboratoire. Le praticien peut donc mettre en œuvre un traitement adapté sur le champ ; ce qui permet de gagner un temps précieux, dans le cas de développement d’infections aigües dans les articulations par exemple.
Des tests sont en cours pour valider ces principes in situ, financés par un fond régional et européen. Dans le cadre de l’ANR émergence, nous souhaitons lever les dernières barrières scientifiques pour envisager la production d’un système commercialisable, en :
I) levant les verrous techniques empêchant de produire de façon robuste le verre nécessaire à un capteur performant et sûr pour le patient,
ii) définissant les éléments qui entreront dans la conception de la chaine de mesure en aval du capteur,
iii) ou encore démontrant que la spectroscopie FEWS peut non seulement se substituer aux méthodes actuelles mais aussi fournir un diagnostic plus complet ou plus précoce. Nous travaillerons pour ce dernier point sur des cas d’hépato-gastroentérologie.
En plus de la cellule de valorisation de l’université, des partenaires issus de l’industrie optique et médicale ont été identifiés et intégrés au projet, afin de créer à terme une entreprise fabriquant et commercialisant des systèmes d’analyses basés sur ce principe.

 

Programme ANR : Emergence (Emergence) 2010

Référence projet : ANR-10-EMMA-0048

Coordinateur du projet :
Madame Catherine Boussard (UNIVERSITE DE RENNES I)
catherine.boussard@nulluniv-rennes1.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.