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Une nouvelle technologie permet de visualiser mieux que jamais l’intérieur des capillaires sanguins

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| Vadim Backman/Northwestern University

Dans le corps humain, plus de 40 milliards de capillaires (les plus fins et les plus petits vaisseaux sanguins), sont chargés d’acheminer de l’oxygène et des nutriments jusqu’aux extrémités du corps. Cependant, malgré leur nombre et leur importance pour les fonctions de base et le métabolisme, nous ne connaissons pas grand-chose quant à leur fonctionnement interne.

Une équipe de la Northwestern University a mis au point un nouvel outil permettant de visualiser le flux sanguin dans ces vaisseaux minuscules, offrant ainsi un aperçu sans précédent de cette partie centrale du système circulatoire humain.

La technique d’imagerie 3D, appelée SC-OCTA (Spectral Contrast Optical Coherence Tomography Angiography), permet de détecter des modifications subtiles de l’organisation capillaire pour effectuer un diagnostic précoce de maladies.

« Il y a eu une avancée progressive pour imager des vaisseaux sanguins de plus en plus petits et fournir des informations plus complètes et plus fonctionnelles », a déclaré Vadim Backman, professeur d’ingénierie biomédicale à la Northwestern’s McCormick School of Engineering, qui a dirigé l’étude. « À présent, nous pouvons visualiser même les plus petits capillaires et mesurer le débit sanguin, l’oxygénation ainsi que le taux métabolique », a-t-il ajouté.

Cela fait de nombreuses années que les chercheurs et les médecins sont capables de voir à l’intérieur des principales veines et artères grâce à l’échographie Doppler (un examen échographique en deux dimensions, non invasif, permettant d’explorer les flux sanguins intracardiaques et intravasculaires).

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Cependant, cette technologie ne permet pas de visualiser une image complète du système circulatoire. Contrairement aux veines et aux artères, les capillaires sont responsables de l’échange d’oxygène ou de l’apport d’oxygène aux organes et aux tissus du corps, tout en évacuant le dioxyde de carbone.

Un faible taux d’oxygène dans le sang peut causer des problèmes bénins, tels que des maux de tête, mais également des problèmes bien plus graves, telle qu’une insuffisance cardiaque. « Vous pouvez avoir une bonne circulation sanguine dans les artères, et n’avoir absolument aucun sang qui envoie de l’oxygène aux tissus, si vous n’avez pas la bonne microvascularisation », a déclaré Backman.

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Une image de capillaires prise grâce à SC-OCTA, la première technologie capable de capturer le flux sanguin et l’échange d’oxygène. Crédits : Vadim Backman/Northwestern University

« L’échange d’oxygène est important pour tout ce que le corps fait. Mais de nombreuses questions sur ce qui se passe dans la microvascularisation sont restées sans réponse, car il n’existait aucun outil pour les étudier. À présent, nous pouvons nous attaquer à cela », a-t-il ajouté.

Selon James Winkelman, un étudiant diplômé du laboratoire de Backman, et également l’un des auteurs de l’étude, SC-OCTA est un outil de diagnostic précieux : « Nous pouvons maintenant détecter des altérations de l’organisation capillaire, ce qui est évident dans diverses maladies, allant du cancer aux maladies cardiovasculaires. La détection précoce de ces symptômes et de ces maladies pourrait sauver des vies », a-t-il expliqué.

Par le passé, les chercheurs ont toujours eu des difficultés à scruter l’intérieur des capillaires à cause de la taille microscopique des vaisseaux. À savoir qu’un seul capillaire ne fait que 5 à 10 microns de diamètre. Pour vous donner une idée : c’est si petit, que les globules rouges doivent littéralement circuler en file indienne pour pouvoir avancer.

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La technique SC-OCTA fonctionne en combinant la spectroscopie, qui examine les différentes longueurs d’onde de la lumière visible (spectre visible), avec la tomographie en cohérence optique (TCO) classique, similaire aux ultrasons, sauf que les ondes lumineuses sont remplacées par des ondes sonores. Tout comme un radar, la TCO repère le tissu d’intérêt, puis la spectroscopie le caractérise.

En effet, SC-OCTA présente donc de nombreux avantages par rapport à l’imagerie classique : cette technique ne repose pas sur les colorants injectés pour le contraste, ou sur les rayonnements nocifs. De nombreux types d’imagerie ne fonctionnent également que si la zone d’intérêt est en mouvement (par exemple, une échographie ne peut imager le sang que s’il circule), ou au contraire, si la zone est complètement immobile.

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La technique SC-OCTA peut, quant à elle, prendre une photographie claire dans les deux cas (en mouvement, et à l’arrêt). Cela permet d’imager du sang stagnant ou des organes en mouvement, tels qu’un cœur qui bat par exemple : « Cette technique permet de mesurer le débit sanguin quelle que soit la vitesse à laquelle il va, donc le mouvement n’est pas un problème », a déclaré Backman.

« La capacité unique de la technique SC-OCTA à imager le sang qui ne circule pas pourrait également devenir un outil précieux pour le domaine en plein essor des organoïdes, qui vise à étudier comment les organes se développent et réagissent aux maladies », a ajouté Winkelmann.

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Cependant, il existe une limite à cette nouvelle technologie : elle ne peut techniquement pas produire d’images plus profondes que 1 millimètre. Cela peut sembler bien peu profond comparé aux ultrasons, qui peuvent « voir » plusieurs centimètres sous la surface. Mais les chercheurs ont déclaré qu’il était possible de remédier à cet obstacle, en plaçant l’outil au bout d’une sonde endoscopique. En effet, en l’insérant dans le corps, l’outil peut imager les organes de très près. À présent, c’est là dessus que vont reposer les efforts des chercheurs.

Source : Light : Science and Applications

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