Que la lumière soit: des micro-lasers pour mieux surveiller les cellules ouvrent la voie à de nouvelles thérapies
Les lasers ne sont plus l'apanage des laboratoires de physique: on les trouve dans le domaine de la fabrication et dans de nombreux produits, comme les robots industriels et les lecteurs de DVD, mais on les considère surtout comme des appareils d'ingénierie. Cette vision est pourtant trompeuse. Un laser est fait de trois éléments: une cavité optique, une source d'énergie et un matériau qui amplifie la lumière. Les chercheurs du projet LIVINGLASER, financé par l'UE, ont travaillé sur ces trois éléments et ouvert la voie à des utilisations plus créatives des lasers. L'avènement des bio-lasers Le projet LIVINGLASER s'est appuyé sur de précédents travaux qui avaient intégré des lasers à des systèmes biologiques. Les lasers peuvent alors servir de détecteurs, et améliorer la compréhension des processus cellulaires lorsqu'ils sont associés avec des colorants fluorescents. En outre, leur intégration dans les cellules et les tissus autorise des mesures de longue durée et un suivi des organismes, améliorant les diagnostics. De plus, la fabrication de lasers à partir de matériaux biocompatibles, biodégradables et même vivants, facilite leur implantation dans l'organisme. Les chercheurs ont fait fonctionner un laser dans une cellule humaine vivante. Ce laser, fait de perles de polystyrène, était 10 fois plus fin qu'un cheveu. Comme l'explique le coordinateur du projet, le Dr Matjaz Humar: «Les perles contiennent un colorant fluorescent, et leur surface confine la lumière dans la perle, créant ainsi la cavité optique requise. Nous alimentons des cellules en culture avec ces perles, qui sont intégrées en quelques heures. Nous éclairons ensuite les lasers de l'extérieur, sans endommager les cellules.» Comme ces lasers émettent une lumière légèrement différente d'une cellule à l'autre, ils constituent un marqueur unique pouvant facilement être utilisé pour le marquage cellulaire et comme capteur très sensible. Le Dr Humar continue: «Nous avons mesuré l'évolution de l'indice de réfraction, directement relié à la concentration des éléments chimiques dans la cellule, comme l'ADN, les protéines et les lipides. Avec le bon concept de laser, nous pouvons cibler plus de 1 000 milliards de cellules. C'est-à-dire chacune des cellules de notre corps.» Dans une variante, l'équipe a aussi utilisé une micro pipette pour injecter une gouttelette d'huile contenant le colorant fluorescent et servant de laser. La gouttelette est déformée par la cellule et les forces survenant lors de processus tels que la division et la migration ont pu être suivies et mesurées avec une grande précision, en analysant la lumière émise. L'équipe a poursuivi ses études sur ce concept du bio-laser, parvenant à leur grande surprise à réaliser l'effet laser dans des cellules lipidiques. Le Dr Humar explique ainsi: «Les cellules lipidiques contiennent déjà des gouttelettes de lipides, qui peuvent servir de cavités laser naturelles. Nous avons tous ainsi des millions de lasers dans nos cellules lipidiques, qui n'attendent que d'être activés.» L'équipe est allée encore plus loin dans l'usage de la nature, et au lieu d'ajouter des colorants dans les cellules lipidiques, elle a travaillé avec des cellules qui produisent des protéines fluorescentes dans le vert, et utilisé la bioluminescence naturelle. Cibler une gamme de nouvelles options de diagnostic et de thérapie Les travaux de LIVINGLASER pour implanter, injecter des lasers, ou utiliser des lasers naturels dans divers tissus, ouvrent de nouvelles perspectives. Ils pourraient conduire à la télédétection dans le corps, évitant tout prélèvement de tissu. Ces lasers pourraient également faciliter l'administration ciblée de médicaments, en activant des précurseurs photosensibles pour tuer des microbes ou des cellules cancéreuses. En outre, l'étiquetage au niveau d'une seule cellule facilitera l'étude de la migration cellulaire comme lors des métastases. Pour soutenir ses développements, l'équipe de LIVINGLASER a mis au point une microscopie à super-résolution, particulièrement utile pour l'imagerie des tissus biologiques. Elle a aussi mis au point des fibres optiques biodégradables, biocompatibles ou d'origine biologique, qui peuvent servir à pomper ces lasers en profondeur dans le corps. Comme preuve de concept, les chercheurs ont déjà réalisé une colle tissulaire photochimique pour refermer les blessures, qui pourrait accélérer la guérison et réduire les cicatrices.
Mots‑clés
LIVINGLASER, thérapie par laser, bio-laser, suivi de cellules, capteurs biologiques, colorants fluorescents, imagerie de tissus, photonique, cellules adipeuses, gouttelettes de lipides, indice de réfraction, perles de polystyrène, diagnostic médical, bioc