La crevette mante est surtout connue pour son punch ressemblant à une balle, qui a inspiré à la fois des matériaux composites super-résistants pour la future armure corporelle et une bande dessinée Web virale sur le curieux crustacé. Mais il s'avère que les yeux de l'animal sont aussi intéressants que ses griffes.
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Un groupe de chercheurs a travaillé sur un moyen de modéliser les yeux composés et la vision polarisée de la crevette mantis afin de créer une caméra capable de détecter diverses formes de cancer. Ils disposent désormais d'un capteur de preuve de concept plus petit, plus simple et plus précis que les précédentes tentatives d'imagerie polarisée.
Le groupe interdisciplinaire, comprenant un neurobiologiste de l'Université du Queensland, en Australie, un ingénieur en informatique de l'Université Washington de Saint-Louis et d'autres de l'Université du Maryland, du comté de Baltimore et de l'Université de Bristol en Angleterre, a récemment publié le travail suivant: les actes de l'IEEE (Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens) .
La crevette mante, comme certains insectes, calamars et autres céphalopodes, peut voir des différences de lumière polarisée - c'est-à-dire une lumière qui irradie dans des plans de direction différents - de la même manière que nous pourrions voir le contraste entre un mur noir et un blanc. table. Les animaux utilisent cette capacité pour détecter leurs proies, trouver un partenaire et éviter d'être mangés.
Mais la lumière polarisée peut également être utilisée pour voir des choses que l'œil humain ne peut pas voir, telles que les cellules cancéreuses. Les recherches de l'équipe montrent que son capteur a la capacité de détecter des lésions cancéreuses avant que les cellules ne deviennent suffisamment nombreuses pour apparaître comme des tumeurs visibles.
Le capteur d'imagerie de polarisation, similaire aux types de capteurs d'imagerie déjà utilisés dans les smartphones, est suffisamment petit pour prendre des images du cancer à l'intérieur du corps humain. (Timothy York, Viktor Gruev) Viktor Gruev, professeur agrégé d'informatique et d'ingénierie à l'Université de Washington, dont le laboratoire a travaillé à la construction du capteur, explique que les cellules cancéreuses sont faciles à voir sous une lumière polarisée, car leurs structures désorganisées et invasives dispersent la lumière différemment des cellules normales du corps.
Les chercheurs ont déjà créé des appareils d'imagerie polarisés, mais ils ont tendance à être volumineux et complexes, en ce sens qu'ils nécessitent l'intervention de spécialistes de l'optique, de l'ingénierie et de la physique. Bien entendu, cela signifie également que les instruments sont très coûteux.
Mais en combinant les avancées en nanotechnologie, les minuscules capteurs CMOS (métaux-oxydes-semi-conducteurs complémentaires) courants dans les smartphones et les principes fondamentaux du fonctionnement du système de vision de la crevette mante, l'équipe a été en mesure de fabriquer un capteur d'imagerie beaucoup plus simple. Plus petit qu'un centime, le capteur est très sensible et peut détecter les cellules cancéreuses plus tôt que les précédentes tentatives d’imagerie polarisée, utilisant à la fois des images fixes et de la vidéo. Gruev dit que son étudiant diplômé, Timothy York, auteur principal du journal, a effectué l'essentiel du travail avec l'appareil photo et ses applications médicales potentielles.
Dans cette image d'endoscopie d'un colon de souris, le capteur montre le tissu tumoral en bleu, tandis que le tissu sain apparaît en jaune. (IEEE) (IEEE) Dans le cas du cancer du côlon, par exemple, un médecin utilise normalement un endoscope pour rechercher tout tissu ressemblant à un cancer, puis effectue une biopsie. Mais le cancer doit être à un certain stade de développement avant de paraître différent à l'œil humain. L'imagerie polarisée peut détecter les cellules cancéreuses beaucoup plus tôt, mais les dispositifs d'imagerie précédents étaient trop gros pour être utilisés de cette manière auparavant.
«Nous sommes passés de plusieurs caméras à une solution à une seule puce», déclare Gruev. «Il est difficile de placer plusieurs caméras sur un endoscope et de prendre des photos. Avec notre appareil, tous les filtres sont sur la caméra et cela va de quelque chose qui se trouve sur votre banc optique à celui qui se termine à la fin d'un endoscope. "
La caméra pourrait réduire considérablement le besoin de biopsies - mais tant que la technologie ne sera pas perfectionnée, son ampleur sera incertaine.
Justin Marshall, neurobiologiste à l'Université du Queensland et un autre auteur du journal, a apporté son expertise sur la crevette mante au projet. Il étudie la vision de la crevette depuis plus de 25 ans. Lui et Gruev sont tous deux d’accord pour dire que l’un des prochains défis sera de trouver un moyen d’intégrer la vision des couleurs traditionnelle au capteur. Dans l'état actuel des choses, le capteur peut voir les différences de polarisation, mais pas les couleurs que nous voyons. C'est un problème pour les médecins qui peuvent un jour utiliser ce type de capteur, car ils utilisent généralement des repères visuels pour les guider lors de procédures délicates. Mais les crevettes pourraient également apporter une aide à cet égard.
«[Les crevettes Mantis] semblent être très attentives à la manière dont elles recueillent des informations, à la fois en termes de couleur et de polarisation», a déclaré Marshall. «Ils agitent leurs yeux pour faire passer leur capteur au-dessus du monde, un peu comme un balayage par satellite. Nous pouvons également emprunter quelques astuces. »
Marshall pense que le capteur pourrait être utilisé en premier lieu pour dépister le cancer du côlon chez les patients, car il s'agit d'un domaine spécifique sur lequel travaille son équipe et dans lequel la taille et la complexité des autres caméras à imagerie polarisée ont déjà posé problème. Des sondes de polarisation plus simples sont déjà utilisées pour dépister le cancer de la peau en Australie, où deux personnes sur trois en sont diagnostiquées avant l’âge de 70 ans. Les chercheurs expérimentent également l’utilisation de la lumière polarisée pour augmenter le contraste tissulaire afin d’aider les médecins à déterminer la destination. commencer et arrêter de couper pendant la chirurgie.
Parce que la puce inspirée des crevettes est si compacte et facile à utiliser, la technologie pourrait être utilisée dans des appareils portables, voire des smartphones. Si tel est le cas, explique Marshall, les gens pourraient un jour surveiller eux-mêmes leurs cancers et alléger le fardeau des systèmes de santé surchargés.
Bien que la technologie de l’imagerie polarisée offre beaucoup de potentiel, Gruev estime qu’il reste encore beaucoup à faire, tant pour intégrer la détection des couleurs que pour affiner la sensibilité de la détection de polarisation afin d’augmenter la résolution et de la détecter encore mieux. maladies tôt.
«Nous ne faisons qu'examiner de plus près la façon dont nous pouvons regarder la biologie et construire des systèmes d'imagerie pouvant aider au diagnostic du cancer et d'autres maladies», a-t-il déclaré.
