Sonder les interactions moléculaires et cellulaires par spectroscopie ultra-rapide
La compréhension du monde du vivant et en particulier des interactions moléculaires et cellulaires passe aujourd’hui de plus en plus par l’analyse des mécanismes photo-chimiques sous-jacents. Nous développons la spectroscopie femtoseconde pour étudier la photoréactivité des molécules (bio)organiques ou métallo-organiques en phase condensée. Les processus typiques d’intérêt sont les photoréactions permettant des conversions d’énergie photo-électrique ou photomécanique à l’échelle moléculaire. Ces photoréactions sont à l’œuvre dans les systèmes biologiques (photosynthèse, vision), mais elles trouvent également des applications en science des matériaux (dispositifs photovoltaïques, moteurs moléculaires, photo-pharmacologie), et elles sont également à l’œuvre dans les systèmes biologiques (photosynthèse, vision). Parmi les photoréactions intéressantes, on peut citer le transfert de charge et d’énergie photoinduits ou les réactions de photo-isomérisation ultrarapides.
Principe d’un montage pompe sonde pour la spectroscopie ultra-rapide
Imagerie quantitative pour les applications biomédicales
Pour diagnostiquer une pathologie ou guider un geste chirurgical, l’image simple ne suffit plus. Le chirurgien ou l’histopathologiste a besoin d’information quantitative précise. Nos travaux de recherche vont de la compréhension de l’interaction de la lumière avec les tissus biologiques jusqu’à la translation clinique, et ce, de l’échelle de la cellule à celle des organes. Parmi les techniques développées peuvent être citées :
- la microscopie par feuille de lumière avec illumination oblique pour l’imagerie 3D ;
- l’OCT plein champ (Optical Coherent Tomography) et l’holographie digitale pour l’élastographie et la détection de cancer ;
- l’imagerie Raman ;
- l’imagerie de polarisation ;
- l’imagerie multi- et hyper-spectrale pour le guidage du geste chirurgical.
Feuille de la plante araignée par tomographie optique cohérente plein champ (FF-OCT)
Acquisition et traitement de données multispectrales pour l’aide au diagnostic des cancers de la peau
Il est désormais acquis que le diagnostic de lésions cancéreuses à un stade précoce de leur développement est un élément clé d’augmentation de l’espérance de vie d’un patient. Nous travaillons sur la mise en place de nouvelles méthodes optiques d’aide au diagnostic per-opératoire, en lien avec le traitement thérapeutique. On parle de théranostique. Les travaux menés vont de l’identification de cibles moléculaires stratégiques jusqu’aux algorithmes de traitement intelligent des données, en passant par le développement de l’instrumentation de mesure . Il s’agit d’une activité pluridisciplinaire, qui relève de la photonique, de la biologie multi-échelle et de l’ingénierie (instrumentation, traitement du signal et des images, systèmes). Nos travaux incluent l’évaluation clinique des dispositifs médicaux et logiciels innovants développés.
Publications de référence
Projet SpectroLive développé au CRAN (CNRS-Université de Lorraine) en collaboration avec le CHR Metz-Thionville, avec le soutien financier du FEDER et de la Région Grand Est : photographie d’une coupe histologique d’un carcinome cutané, exemple de spectres d’autofluorescence et de réflectance diffuse et photographie de la sonde optique du dispositif de spectroscopie optique au contact de la peau d’un patient inclus dans l’étude clinique.
Biocapteur par résonance de plasmon de surface
Les capteurs à base de mesures de fluorescence sont aujourd’hui omniprésents dans le monde biomédical que ce soit pour la compréhension des mécanismes biologiques ou la réalisation de diagnostics médicaux ou environnementaux. Un des enjeux est d’exalter cette fluorescence et de miniaturiser les systèmes. Nos travaux en plasmonique ont permis de montrer comment ces ondes lumineuses de surface ou localisées peuvent permettre via des dispositifs nanophotoniques de concentrer la lumière sur les molécules d’intérêt. Nos études ont été poussées jusqu’à la réalisation de prototypes fortement intégrés aujourd’hui commercialisés par une spin-off.
Bio-capteur plasmonique développé avec la Spin-off PhaseLab Instrument.
