9. Le forum de printemps COMPAMED donne un aperçu des thèmes tendance en amont de la COMPAMED 2015

La lumière est un outil indispensable en médecine depuis de nombreuses années. Les procédés photonique sont aujourd'hui incontournables en endoscopie, chirurgie laser, systèmes Lab-on-a-Chip, capteurs optiques biomédicaux et dans d'autres domaines. Dans ce contexte, le 9^e Forum de printemps COMPAMED (7 mai à Francfort-sur-le-Main), organisé par la foire de Düsseldorf en collaboration avec l'association professionnelle Microtechnique IVAM, s'est tenu cette année sous le thème «Regard lumineux pour la technologie médicale – Applications photoniques pour le diagnostic et la thérapie» et a ainsi donné un premier aperçu des tendances de COMPAMED 2015 à Düsseldorf. La foire spécialisée, leader international avec plus de 700 exposants, dédiée aux fournisseurs de la technologie médicale, se tiendra du 16 au 19 novembre pour la première fois sur quatre jours, entièrement parallèlement à la plus grande foire médicale mondiale MEDICA 2015 (environ 4 800 exposants), et se tiendra désormais toujours du lundi au jeudi. 

Les domaines d'application des lasers modernes deviennent de plus en plus nombreux. Les lasers coupent avec une précision bien supérieure à celle de tout scalpel, et sont capables de souder les tissus. Leurs faisceaux focalisés sont souvent le choix privilégié pour l'ablation de calculs dans le corps. Lorsqu'il s'agit de couper et d'enlever des tissus mous, le laser est également supérieur à d'autres technologies telles que l'électricité ou les ondes sonores. La photonique a permis des avancées remarquables dans la chirurgie mini-invasive. L'endoscopie, qui consiste à examiner l'intérieur du corps à l'aide d'instruments appropriés, est utilisée avec succès depuis des années et constamment améliorée. L'amélioration continue des sources lumineuses, des systèmes de transmission de la lumière et des caméras est essentielle pour opérer de manière plus douce, plus rapide et plus précise. 

La médecine mise également beaucoup d'espoirs dans le regard direct au sein de la cellule. L'objectif est de comprendre et de détecter les processus biologiques au niveau moléculaire ou cellulaire. Cela offre la possibilité de détecter précocement des maladies, d'améliorer le diagnostic et de cibler davantage la thérapie – notamment avec une méthode de détection précoce du cancer. Avec le microscope à fluorescence, développé par Stefan Hell, chercheur du Max-Planck à Göttingen, la résolution est désormais si élevée que des molécules individuelles deviennent visibles. Hell a reçu le prix Nobel de chimie en 2014, conjointement avec ses collègues américains Eric Betzig et William Moerner, pour leurs travaux révolutionnaires sur le microscope à fluorescence super-résolution – une reconnaissance également pour l’« outil lumière » en médecine. 

Il ne fait aucun doute que la biophotonique, les applications laser et la micro-optique prennent de plus en plus de place dans la technologie médicale, car ces méthodes sont particulièrement peu risquées et conviviales pour les patients. Lors de sa conférence principale «Beyond White Light – Nouvelles modalités d'imagerie pour améliorer le diagnostic et la thérapie en chirurgie mini-invasive», Thorsten Jürgens, coordinateur du développement technologique chez Olympus Surgical Technologies Europe, a présenté lors du Forum de printemps COMPAMED de nouvelles techniques d'imagerie qui améliorent considérablement les possibilités de la microchirurgie. Par exemple, l'imagerie à bande étroite (NBI) permet de distinguer des structures fines et des motifs capillaires à la surface des muqueuses. Les tissus humains absorbent très bien la lumière à courte longueur d'onde, utilisée ici. Cette propriété est exploitée avec succès par NBI, qui fournit des informations supplémentaires que l’image endoscopique normale ne peut pas révéler. Un filtre génère deux spectres de 60 nanomètres de large dans les plages de longueurs d’onde de 415 nm (lumière bleue) et 540 nm (lumière verte). Grâce à la caractéristique d’absorption de l’hémoglobine, le contraste des vaisseaux sanguins est accru. En raison des profondeurs de pénétration différentes de la lumière bleue et verte, il est possible de déterminer la couche anatomique dans laquelle un vaisseau sanguin circule. 

La diagnostique photodynamique (PDD), également prometteuse, peut détecter in vivo des tumeurs spécifiques et est déjà utilisée en dermatologie et en urologie. Elle consiste d’abord à appliquer un photosensibilisateur qui s’accumule de manière sélective dans ou sur les cellules tumorales. Lorsqu’il est irradié par la lumière, le colorant fluoresce, et la lumière émise est détectée. Des sources lumineuses à large bande à base de xénon, dont le spectre est filtré pour obtenir les longueurs d’onde nécessaires, sont utilisées. Ces dernières années, de nouveaux colorants spécifiques ont été développés. «NBI et PDD sont déjà couramment utilisés dans la prise en charge clinique. À l’avenir, d’autres colorants permettront une marquage ciblé des structures à risque et des maladies», explique Thorsten Jürgens. 

Nanoparticules fonctionnalisées pour la détection précoce du cancer

Plusieurs plateformes photonique sont en cours de développement par l’Institut autrichien de technologie (AIT) à Vienne, la plus grande institution de recherche non universitaire en Autriche. L’AIT participe notamment au projet NAMDIATREAM (Kits d’outils nanotechnologiques pour le diagnostic multi-modal des maladies et le suivi du traitement), financé par l’UE, visant à contribuer à la détection précoce du cancer grâce à la nanotechnologie. L’AIT, détenteur d’un brevet pour une nouvelle approche en immunodiagnostic, a créé des nanoparticules à noyau et coque fonctionnalisées, très simples à utiliser : «Des mesures peuvent être effectuées dès l’ambulance à partir d’un échantillon salivaire du patient, qui est le meilleur support pour l’utilisation en point de soins», explique le Dr Giorgio C. Mutinati de l’AIT. La méthode repose sur des modifications optiques de la dynamique de rotation des nanoparticules magnétiques, qui possèdent un noyau magnétique et une coque en métal précieux. Des molécules spécifiques de l’échantillon se lient aux nanoparticules, modifiant ainsi mesurablement leurs propriétés physiques. La méthode présente de nombreux avantages : seules de petites quantités d’échantillons sont nécessaires, sans préparation préalable ; la manipulation «mélanger et mesurer» est simple ; le délai d’analyse est court. 

Les microsenseurs optiques prennent également une place croissante en médecine. L’Institut de recherche CiS pour la microsensométrie a développé un capteur intra-auriculaire capable de mesurer de manière non invasive le pouls et le taux d’oxygène dans le sang, et de transmettre ces données à un dispositif d’enregistrement. Le système de surveillance à long terme des paramètres vitaux se compose d’une source lumineuse miniaturisée, de seulement 0,6 x 0,7 x 1,4 millimètres, et de capteurs laser Doppler. «Le principe de mesure repose sur le fait que la lumière laser diffusée par les composants sanguins subit un décalage de fréquence dépendant de la vitesse et de la direction du flux, selon l’effet Doppler», explique le Dr Hans-Georg Ortlepp du CiS. La superposition avec la onde d’origine crée des effets d’interférence dans la plage de fréquences mesurables. Le point de mesure visé est l’entrée du conduit auditif. Le capteur doit être intégré dans une otoplastie, permettant de porter l’unité de mesure comme un appareil auditif. 

Écouter avec la lumière

Voir grâce à la lumière est normal, écouter grâce à la lumière est une nouvelle approche que poursuit le Centre de microélectronique et de microtechnique de Suisse centrale (CSEM). En effet, la lumière est de plus en plus utilisée dans le diagnostic, mais aussi dans la thérapie. Jusqu’à présent, les implants cochléaires fonctionnent par stimulation électrique, ce qui présente plusieurs limitations, comme une faible résolution spatiale ou le phénomène de « crosstalk ». Avec la stimulation «optico-acoustique», le CSEM participe au projet européen ACTION (Actif Implant pour l’Amélioration Naturelle du Son par optoacoustique). «Ce projet vise à améliorer l’audition des patients gravement malentendants en éliminant les limitations spatiales et temporelles des implants cochléaires basés sur la stimulation électrique», souligne le Dr Stefan Mohrdiek du CSEM. ACTION repose sur la découverte que la lumière infrarouge pulsée peut déclencher l’activité auditive dans les cellules ciliées. Les composants principaux du microsystème optique sont des lasers pour la stimulation optique, privilégiant les diodes laser à semi-conducteur, des électrodes de réponse, et des éléments de connexion flexibles avec des conducteurs électriques imprimés. La réalisation de tels systèmes comporte encore de nombreux défis, notamment la miniaturisation, l’utilisation de lasers VCSEL avancés pour de longues longueurs d’onde, la biocompatibilité, la fabrication de micro-lentilles sur wafer, et la possibilité de production en petites séries. 

Le rayonnement laser est déjà intensément utilisé pour diverses thérapies, de l’acupuncture à la vaporisation de tissus ou à la disruption (par exemple, de la peau, du cartilage ou des calculs). De plus, le faisceau lumineux dirigé est utilisé en thérapie photodynamique et en coagulation thermique. Des procédés permettant de projeter la lumière à partir de fibres optiques par diffusion latérale pour éclairer de plus grandes surfaces donnent de bons résultats. La société Laser- und Medizintechnik Berlin (LMTB) développe des diffuseurs rigides et flexibles pour la thérapie laser. «Pour les diffuseurs polymères, après des guides lumineux en quartz, nous avons mis en place une nouvelle méthode de fabrication dans laquelle des centres de diffusion induits par laser, appelés Micro-Dots, sont intégrés dans le matériau du diffuseur», explique le Dr Jürgen Helfermann, chef de projet senior en optique biomédicale chez LMTB. Cela permet de produire différentes longueurs actives comprises entre 5 et 30 millimètres, avec une émission latérale pouvant atteindre 90 %. Cela permet également d’utiliser des puissances laser supérieures à 10 watts. Les longueurs d’onde vont de l’UV à l’infrarouge proche. Les diffuseurs rigides sont déjà établis, et des versions flexibles sont en cours de développement. 

Chirurgie laser avec contrôle en temps réel

Les possibilités offertes par la chirurgie laser sous contrôle en temps réel grâce à la tomographie par cohérence optique (OCT) ont été présentées lors du Forum de printemps COMPAMED par le Dr Alexander Krüger du Laser Zentrum Hannover (LZH). Le laser destiné à la coupe tissulaire peut être directement relié à l’accès optique pour l’imagerie. La solution entièrement intégrée utilise un laser, un scanner et un objectif communs. Alternativement, il existe des versions modulaires intégrées (scanner commun) ou largement séparées. Les lasers à impulsions femtosecondes et à excimère sont aujourd’hui couramment utilisés en chirurgie oculaire. Ils permettent de modifier précisément le corps vitré de l’œil, sans endommager la rétine ou les nerfs. Grâce à des lasers ultrarapides, il est aujourd’hui possible de traiter de manière innovante la cataracte, la presbytie et la rétine, avec l’OCT comme contrôle direct. À l’avenir, on peut s’attendre à ce que la thérapie laser assistée par imagerie s’étende à d’autres domaines, comme l’ablation de tumeurs, la neurochirurgie endoscopique, la chirurgie osseuse ou les opérations laser du larynx.

«Sans aucun doute, l’utilisation de la lumière offre d’excellentes possibilités en technologie médicale», résume le Dr Thomas Dietrich, directeur général de l’IVAM. C’est pourquoi ce domaine extrêmement varié, qui contribue à la fois au diagnostic et à la thérapie, jouera également un rôle important lors de COMPAMED 2015, du 16 au 19 novembre, dans les halls 8a et 8b du parc des expositions de Düsseldorf.