Microspectroscopie et imagerie vibrationnelles : des outils photoniques d’intérêt en biologie et dans le domaine biomédical Olivier Piot MéDIAN « Biophotonique et Technologies pour la Santé » MEDyC UMR CNRS 7369 Plate-forme d’Imagerie Cellulaire et Tissulaire Université de Reims Champagne-Ardenne 1

2 Spectroscopies vibrationnelles Diffusion Raman et Absorption infrarouge  Basée sur l’interaction non-destructive lumière /matière  Analyse “label-free” de la composition moléculaire intrinsèque d’un échantillon (cellule, tissu, fluide)  Pas ou peu de préparation des échantillons  Analyse confocale 3D en Raman  Analyse en milieu hydraté en Raman

3 C-C stretching Phe Tyr C-C stretching of phospholipids Sugar contribution Lipids C-H deformation Protein Amide I Tyr Phe Spectre Raman d’un échantillon biologique (peau) 3 CN R O R H Amide I 1656 cm cm cm -1

Spectre vibrationnel = Empreinte moléculaire des cellules et tissus dans un état physiopathologique précis Les signatures Raman ou infrarouges renferment des marqueurs diagnostiques 4 Histo- et cytologie spectrales * Diagnostic cellulaire * Caractérisation du tissu tumoral (hétérogénéité) Traitements chimiométriques et statistiques multivariés des spectres Développements méthodologiques

5 Frottis sanguin non coloré Diagnostic automatique de la leucémie lymphoïde chronique (CLL) M3S: Multi Modal Microscopy Scanner Code-barres spectral associé à la discrimination Phase 1: exploration du frottis, repérage des cellules d’intérêt (lymphocytes B, T et NK) Phase 3: classification des données Détection des lymphocytes B tumoraux et identification de critères pronostiques Phase 2: acquisitions Raman Laser CLL: pathologie des lymphocytes B

6 X σ Y Hyperspectral Image Data cube ( X  Y  σ )  Micromètres Imagerie spectrale Tens of thousands of spectra/image

Tumour Prédiction de l’hétérogénéité tumorale par histologie spectrale 7 Mélanome invasif sur nævus résiduel (Clark = 4, Breslow = 1.45 mm) Caractérisation objective automatisée Coupe HE adjacente

8 Carcinome in situ Carcinome micro-invasif Dysplasie, hyperplasie ? Marqueurs pronostiques Quantification « spectrale » de l’agressivité tumorale Implémentation d’une échelle d’invasivité liée au signal infrarouge des cellules tumorales Cancer des bronches Informations « label-free » non décelables par examens histologiques conventionnels Coupe HE adjacente

9 Réponse cellulaire et tissulaire au médicament * Pharmacocinétique intracellulaire * Analyse de nouvelles formes vectorisées Spectroscopie des biofluides * Identification de marqueurs diagnostiques précoces Caractérisation tissulaire in vivo par sondes Raman fibrées * Délimitation des marges d’exérèse (cancers cutanés) * Evaluation du vieillissement cutané Spectro-diagnostic