La microscopie polarimétrique au service du diagnostic médical
Actuellement, le diagnostic des maladies gastro-intestinales repose sur l'observation au microscope de fines sections de biopsies prélevées sur les patients au cours de l'endoscopie. Mais la préparation de ces coupes de tissus est un processus complexe qui prend du temps et l'interprétation des résultats dépend fortement de l'opérateur. Fournir des indicateurs quantitatifs pour caractériser le degré d'inflammation des tissus constituerait une avancée importante pour les pathologistes. L'article publié par Tatiana Novikova et ses collègues - Myeongseop Kim, Hee Ryung Lee, Razvigor Ossikovski, Aude Malfait-Jobart et Dominique Lamarque - propose d'utiliser la lumière polarisée dans ce but. Cet article a reçu le prix EOS 2023 décerné par la Société européenne d'optique.
Mesurer les changements de polarisation
La lumière est une onde électromagnétique transversale avec des champs électriques et magnétiques qui oscillent de manière couplée. Ces champs peuvent varier de différentes manières, qui sont caractérisées par une propriété appelée polarisation. La polarisation n'est pas seulement spécifiée par un nombre mais est liée à la nature vectorielle de la lumière et est donc décrite à l'aide de vecteurs et de matrices. Par exemple, dans le cas d'une polarisation linéaire, le vecteur du champ électrique oscille dans une seule direction. Dans la polarisation circulaire ou elliptique, le vecteur du champ électrique tourne dans un plan orthogonal à la direction de propagation de l'onde. En traversant un objet, ici un tissu biologique, la polarisation de la lumière se modifie, s’atténue, voire disparaît. Mesurer ces changements permet de remonter aux propriétés de la structure de l’objet traversé par la lumière, et donc de caractériser cet objet.
Dans cette étude menée en collaboration avec les chercheurs de l'Inserm et de l'hôpital Ambroise Paré de Boulogne-Billancourt, les coupes histologiques fines de biopsies de tissu gastrique prélevées sur des patients sains, des patients atteints de gastrite chronique et des patients atteints de cancer ont été analysées. Pour chacun de ces trois types de tissus, deux coupes adjacentes ont été analysées : l'une a été préparée selon la méthode conventionnelle de coloration et placée sous le microscope standard à lumière blanche pour l'analyse histopathologique de référence, l'autre, non colorée, a été placée directement sous le microscope de Mueller. Cet instrument polarimétrique, conçu et construit au LPICM, a été utilisé pour obtenir la matrice de Mueller de l'échantillon, qui contient toutes les informations sur la façon dont le tissu gastrique modifie la polarisation de la lumière transmise. D'où le nom de cette technique : microscopie de Mueller à transmission.
Des indicateurs quantitatifs
Les chercheurs ont ensuite dû interpréter correctement les données polarimétriques - en utilisant une méthode de décomposition différentielle de la matrice de Mueller - et effectuer un apprentissage automatique combiné à l'analyse statistique pour estimer et quantifier la manière dont ces propriétés polarimétriques sont liées à l'état pathologique du tissu (sain, gastrite chronique, cancer), en utilisant les résultats de l'analyse histopathologique conventionnelle comme référence de base. L'équipe a pu développer un algorithme qui fournit des mesures quantitatives aidant les pathologistes à diagnostiquer et à évaluer l'état du tissu. L'équipe prévoit maintenant de tester cette approche sur des biopsies de tissus gastriques présentant différents degrés d'inflammation afin de vérifier ses performances en matière de diagnostic et les incertitudes associées aux indicateurs quantitatifs qu'elle fournit.