Imagerie multimodale intégrant fluorescence et spectroscopie Raman pour l'étude du cancer

L’imagerie dans le proche infrarouge offre des avantages importants en optique biomédicale grâce à différentes méthodes complémentaires permettant d’obtenir de l’information sur l’état des tissus biologiques de manière non invasive. Ce mémoire présente la conception et la validation d’une plateforme d’imagerie multimodale combinant la fluorescence endogène, la fluorescence exogène et une méthode d’imagerie Raman multispectrale. Il met en valeur le potentiel de recherche et la combinaison de diverses approches d’imagerie dans le proche infrarouge. Il applique ces possibilités à l’imagerie grand champ de tissus tumoraux cérébraux et intègre l’utilisation de marqueurs moléculaires tels que les nanotubes de carbone et leur combinaison avec des fluorophores exogènes. Il introduit aussi une méthode de correction du signal selon les propriétés optiques des tissus et une méthode multispectrale isolant le signal Raman à l’aide de seulement trois filtres. L’application de ces technologies pour l’identification de tissus cancéreux ou de marqueurs ciblant les tumeurs constitue son objectif principal. La première modalité du système vise à imager la présence de nanotubes de carbone capables de cibler les tumeurs en s’y accumulant. Cette partie cherche à identifier la fluorescence émise par des fluorophores liés aux nanotubes ou à les détecter directement à partir de leur signal Raman, notamment dans les bandes D (1350 cm⁻¹) et G (1600 cm⁻¹). Le système est conçu pour minimiser les pertes de transmission du signal surtout à la longueur d’onde du Raman. Il cible un pic Raman à l’aide de trois filtres permettant d’observer l’intensité du signal tout en soustrayant l’autofluorescence. La seconde modalité utilise la fluorescence endogène des tissus biologiques pour caractériser les tissus tumoraux du cerveau. Cette étude s’appuie sur des spectres Raman in vivo (430 mesures, 26 patients), avec une valeur prédictive positive de 85–88 % pour la détection tumorale et une valeur prédictive négative de 96 % pour le tissu cérébral normal. Le montage grand champ a été adapté pour l’acquisition d’images de fluorescence et de réflectance sur des échantillons ex vivo. Les résultats ont été obtenus sur 14 échantillons provenant de 5 patients lors de leur opération du cancer du cerveau. Le système élimine les réflexions spéculaires et applique une méthode de correction pour tenir compte des variations optiques et géométrique. Les résultats démontrent un contraste intrinsèque robuste, avec des différences significatives (p < 0,05), ouvrant la voie au développement d’outils optiques pour l’assistance à la visualisation des tissus tumoraux.