Dépistage avec le Raman : Détection du cancer, des infections, etc.

25 mars 2024

Article

L'industrie médicale est une nouvelle frontière pour la spectroscopie Raman. Au cours des dernières années, le Raman a été utilisé dans les études dentaires et cancéreuses, et s'appuie maintenant sur ce succès pour étendre ses applications aux dépistages. Cet article donne un aperçu de certaines recherches très récentes et passionnantes sur l'utilisation de la spectroscopie Raman pour la détection de tissus cancéreux, de biomarqueurs de maladies et d'agents pathogènes qui causent des maladies.

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Détection d'une infection osseuse à l'aide d'un spectromètre Raman portatif
Spectroscopie Raman pour la détection du cancer
La spectroscopie Raman traditionnelle dans l'évaluation du cancer du sein
SERS pour la détection et la mesure des biomarqueurs du cancer du pancréas
Test rapide de dépistage pour la détection de COVID-19 au niveau du femtogramme
Immunophénotypage multiplex de cellules sanguines et de cellules cancéreuses du sein par spectroscopie Raman
Détection aisée d'enzymes grâce à l'effet électrochimique-SERS

Détection d'une infection osseuse à l'aide d'un spectromètre Raman portatif

Les complications infectieuses constituent un problème sérieux pour l'utilisation de greffons osseux humains en chirurgie musculo-squelettique. Staphylococcus epidermidis et Staphylococcus aureus sont les responsables les plus courants des infections liées aux os, et le traitement de ces bactéries est extrêmement difficile.

Spectroscopie Raman pour la détection du cancer

Les spectres de l'"empreinte moléculaire" de Raman peuvent être suffisamment sensibles pour détecter les changements chimiques qui accompagnent les maladies. Les spectromètres Raman compacts peuvent aider les chirurgiens à évaluer les tumeurs pendant les interventions chirurgicales pour une prise de décision plus rapide. Des exemples d'application pour le cancer du sein et le cancer du pancréas sont examinées dans les sections suivantes.

La spectroscopie Raman traditionnelle dans l'évaluation du cancer du sein

En cas de suspicion de cancer du sein, une première intervention chirurgicale est généralement nécessaire pour la biopsie et une seconde pour l'ablation des tumeurs malignes. La possibilité d'évaluer les tissus suspects au cours de l'intervention chirurgicale préliminaire permet une ablation immédiate, si nécessaire. Le bénéfice pour le patient et pour l'industrie médicale est inestimable et la recherche suggère que la spectroscopie Raman pourrait répondre à ce besoin pour certains types de cancer.

La spectroscopie Raman est suffisamment sensible pour détecter les changements dans les tissus résultant de nombreux types de cancer. Par exemple, il existe des différences très subtiles entre les spectres Raman des tissus mammaires sains et ceux des tumeurs malignes. Des chercheurs britanniques ont utilisé un appareil de laboratoire i-Raman à haute résolution (figure 1) et des outils multivariés, dont l'ACP, pour réussir à distinguer les tissus sains des tissus cancéreux [2].

SERS pour la détection et la mesure des biomarqueurs du cancer du pancréas

La SERS (spectroscopie Raman améliorée par les surfaces) peut être une solution lorsque le Raman n'est pas idéal pour l'analyse. Cela peut être le cas lorsque la cible se trouve dans une matrice d'échantillon complexe ou en raison de la fluorescence des molécules à base de carbone. L'effet SERS renforce le signal Raman, mais pas le signal fluorescent concurrent. En outre, l'effet SERS permet une détection sensible des analytes à des niveaux de mg/L - parfois jusqu'à µg/L. Enfin, les pics SERS sont nets et bien définis, ce qui permet une détection et une identification efficaces des substances à analyser.

Pour en savoir plus sur SERS, lisez notre précédent article de blog sur ce sujet.

Raman vs SERS... Quelle est la différence ?

Le cancer du pancréas est mortel, en partie parce qu'il est difficile à diagnostiquer. Toutefois, certains biomarqueurs sont présents à des niveaux élevés dans environ 75 % des cas positifs [3]. Ceux-ci peuvent être détectés à l'aide de tests immuno-enzymatiques (ELISA), qui mesurent une variété de biomarqueurs, y compris des anticorps, des antigènes et des protéines.

Dans une technique émergente, un spectromètre i-Raman de laboratoire a été utilisé à l'Université de l'Utah pour l'analyse SERS en conjonction avec l'ELISA afin de détecter un antigène associé au cancer du pancréas [2]. Le signal SERS a été généré à partir d'une molécule rapporteur complexée à une nanoparticule d'or et à l'analyte cible dans le cadre d'un immunodosage classique à flux latéral ou "en sandwich" (figure 2). Il s'agit d'une technique incroyablement précise, qui permet une détection très sensible - avec un potentiel de quantification - du biomarqueur en question.

Test rapide de dépistage pour la détection de COVID-19 au niveau du femtogramme

Immunophénotypage multiplex de cellules sanguines et de cellules cancéreuses du sein par spectroscopie Raman

Une autre étude a utilisé MIRA DS pour évaluer un ELISA portable basé sur SERS pour l'immunophénotypage de différents types de sang rouge et de surfaces de cellules cancéreuses du sein [5]. La distinction entre les cellules saines et malades et la détection de plusieurs cibles biologiques dans un seul échantillon peuvent contribuer à un traitement éclairé des différents types de cancer du sein.

Ce test présentait "une spécificité, une sensibilité et une répétabilité pour ... l'immunophénotypage dans différents types de cellules [en utilisant] un volume d'échantillon d'analyse plus petit que les immunodosages multiplex ... conventionnels", et il était moins "exigeant en termes de main-d'œuvre et techniquement plus simple à réaliser". Les auteurs ont fait l'éloge de MIRA Orbital Raster Scan pour améliorer la sensibilité de leur essai grâce à une plus grande zone d'interrogation et à des mesures moyennées dans l'espace.

Les tests de flux traditionnels de multiplexage peuvent être limités par la disponibilité de colorants différents et l'interprétation des résultats. Ils sont également associés à un encombrement important du laboratoire. En revanche, cette méthode basée sur la spectroscopie Raman portable offre la possibilité d'obtenir des résultats précis au niveau du POC, avec un temps de passage rapide de l'échantillon au résultat, une capacité de multiplexage et un instrument très compact.

Détection aisée d'enzymes grâce à l'effet électrochimique-SERS

Conclusion

La technologie Raman est véritablement utilisée de manière innovante. Des groupes de recherche du monde entier utilisent ses avantages considérables - notamment sa sensibilité, la détection de traces, son faible encombrement et la rapidité des résultats - pour détecter des tissus cancéreux, des biomarqueurs de maladies et des agents pathogènes à l'origine de maladies. Les résultats sont incroyablement passionnants et prometteurs !