Pour mesurer le taux de glycémie, on utilise généralement des outils invasifs, impliquant des petites aiguilles piquant dans la peau. Mais les personnes souffrant de diabète doivent tester leurs niveaux de glucose plusieurs fois par jour. Cette utilisation répétée des aiguilles est gênante et peut augmenter le risque d'infections potentielles. Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs du Département d'instrumentation et de physique appliquée (IAP), l'Indian Institute of Science (IISC), propose une solution alternative via une technique appelée détection photoacoustique.
Dans cette technique, lorsqu'un faisceau laser est brillant sur le tissu biologique, les composants tissulaires absorbent la lumière, et le tissu se réchauffe légèrement (moins de 1°C). Cela fait que le tissu se dilate et se contracte, créant des vibrations qui peuvent être ramassées sous forme d'ondes sonores par ultrasons par des détecteurs sensibles. Différents matériaux et molécules à l'intérieur du tissu absorbent différentes quantités de la lumière incidente à différentes longueurs d'onde, créant des « empreintes digitales » individuelles dans les ondes sonores émises. Surtout, cette procédure n'endommage pas l'échantillon de tissu étudié.
Dans la présente étude, l'équipe a exploité cette approche pour mesurer la concentration d'une seule molécule, à savoir le glucose. Les chercheurs ont utilisé la lumière polarisée – une onde lumineuse qui oscille uniquement dans une direction spécifique. Les lunettes de soleil, par exemple, réduisent l'éblouissement en bloquant les ondes légères qui oscillent dans certaines directions. Le glucose est une molécule chirale, ce qui signifie qu'il a une asymétrie structurelle inhérente qui fait tourner la lumière polarisée à son orientation de l'oscillation lorsqu'elle interagit avec la molécule. Étonnamment, l'équipe a constaté que l'intensité des ondes sonores émises a changé lorsque l'orientation de la lumière polarisée interagissant avec le glucose dans la solution a été modifiée.
« Nous ne savons pas réellement pourquoi le signal acoustique change lorsque nous changeons l'état de polarisation. Mais nous pouvons établir une relation entre la concentration du glucose et l'intensité du signal acoustique à une longueur d'onde particulière », explique Jaya Prakash, professeur adjoint en IAP et auteur correspondant de l'étude publiée dans Avances scientifiques. Le glucose tourne la lumière polarisée et la rotation augmente avec la concentration, ce qui se reflète dans l'intensité du signal acoustique. Par conséquent, la mesure de la force du signal acoustique a permis aux chercheurs de travailler en arrière et d'estimer la concentration du glucose.
Les chercheurs ont pu estimer la concentration de glucose dans les solutions d'eau et de sérum ainsi que des tranches de tissu animal avec une précision presque clinique. Ils ont également pu mesurer la concentration de glucose à différentes profondeurs dans le tissu avec précision. Si nous connaissons la vitesse du son dans ce tissu, nous pouvons utiliser les données de séries chronologiques pour cartographier nos signaux acoustiques à la profondeur à laquelle ils proviennent. Étant donné que les ondes sonores ne se dispersent pas beaucoup à l'intérieur des tissus, les chercheurs ont pu obtenir des mesures précises à diverses profondeurs de tissus.
L'équipe a également mené une étude pilote dans laquelle elle a utilisé la configuration du capteur pour suivre les concentrations de glycémie d'un participant en bonne santé avant et après les repas sur trois jours. « Trouver la bonne configuration pour faire cette expérience a été très difficile. Actuellement, la source laser que nous utilisons doit générer de très petites impulsions de nanosecondes, donc c'est cher et volumineux. Nous devons le rendre plus compact pour le mettre à l'usage clinique. Mes compagnons de laboratoire ont déjà commencé à travailler là-dessus », explique Padmanabhan. Les auteurs croient que théoriquement, cette technique peut fonctionner pour n'importe quelle molécule chirale en modifiant la longueur d'onde légère. Dans l'étude, ils ont également pu estimer la concentration du naproxène – un médicament couramment utilisé pour la douleur légère et l'inflammation – dans une solution d'éthanol. Comme de nombreux médicaments couramment utilisés sont de nature chirale, une telle technique peut avoir de vastes applications dans les soins de santé et le diagnostic.
IAP : http://iap.iisc.ac.in/detecting-glucose-through-painless-photoacoustics/
