Une avancée prometteuse pour le suivi du sodium sanguin : vers une surveillance sans piqûres
Une nouvelle technologie alliant optique et ondes térahertz ouvre la voie à une surveillance à long terme et non invasive des taux de sodium dans le sang, une mesure cruciale pour diagnostiquer et gérer de nombreuses pathologies. Les chercheurs de l’Université de Tianjin ont développé un système capable de détecter le sodium directement dans le corps, sans recourir aux traditionnelles prises de sang.
Le sodium sanguin joue un rôle essentiel dans l’organisme, et des déséquilibres peuvent indiquer ou aggraver des conditions telles que la déshydratation, des maladies rénales, ou encore des troubles neurologiques et endocriniens. Jusqu’à présent, le suivi de ces niveaux nécessitait des prélèvements sanguins répétés, une contrainte particulièrement lourde pour les patients souffrant de pathologies chroniques ou critiques.
La spectroscopie térahertz, qui exploite une portion du spectre électromagnétique située entre les micro-ondes et l’infrarouge moyen, présente un potentiel considérable pour les applications biomédicales. Ses ondes de faible énergie sont sans danger pour les tissus, moins diffractées que la lumière visible et sensible aux variations structurelles et fonctionnelles des cellules. Cependant, son application clinique se heurtait à deux obstacles majeurs : la difficulté de détecter des molécules autres que l’eau dans des échantillons biologiques complexes, et la capacité limitée à pénétrer en profondeur dans les tissus.
« Pour les applications biomédicales, la spectroscopie térahertz est toujours confrontée à deux défis majeurs : détecter des molécules autres que l’eau dans des échantillons biologiques complexes et pénétrer d’épaisses couches de tissus pour permettre la détection à l’intérieur du corps », explique Zhen Tian, chef de l’équipe de recherche à l’Université de Tianjin.
Pour surmonter ces limitations, les chercheurs ont intégré la détection optoacoustique à leur système. Cette approche innovante permet de convertir l’énergie des ondes térahertz absorbées par le sodium en ondes sonores. Ces dernières, plus faciles à détecter et moins sujettes aux interférences de l’eau, sont ensuite captées par un transducteur ultrasonique.
« En ajoutant la détection optoacoustique, nous avons pu surmonter ces défis et démontrer la première détection d’ions vivants à l’aide d’ondes térahertz », précise Zhen Tian. « Il s’agit d’une étape importante vers la mise en pratique des techniques basées sur le térahertz pour une utilisation clinique. »
Les recherches, publiées dans la revue Optics Letters, décrivent un système optoacoustique térahertz multispectral capable de surveiller la concentration de sodium chez des souris vivantes sans nécessiter d’étiquetage des molécules. Les tests préliminaires sur des volontaires humains se sont également révélés encourageants.
« Avec des développements ultérieurs, cette technologie pourrait être utilisée pour surveiller les niveaux de sodium chez les patients sans qu’il soit nécessaire de procéder à des prises de sang », ajoute Tian. « Les mesures de sodium en temps réel pourraient être utilisées pour corriger en toute sécurité les déséquilibres chez les patients critiques tout en évitant les complications neurologiques dangereuses pouvant survenir lorsque les niveaux de sodium changent rapidement. »
Le principe repose sur l’irradiation d’un échantillon par des ondes térahertz. Lorsque le sodium absorbe ces ondes, il provoque la vibration des ions sodium liés aux molécules d’eau dans le sang, générant ainsi des ultrasons détectables. Cette technique, baptisée détection optoacoustique, transforme l’énergie térahertz absorbée en signaux sonores mesurables.
« La technologie optoacoustique Terahertz représente une avancée révolutionnaire pour les applications biomédicales en surmontant efficacement la barrière d’absorption d’eau qui a historiquement limité ces applications », souligne Zhen Tian. « L’importance plus large de ce travail s’étend bien au-delà de la détection du sodium dans le sang. Cette technologie a la capacité d’identifier diverses biomolécules – notamment les sucres, les protéines et les enzymes – en reconnaissant leurs signatures d’absorption térahertz uniques. »
Pour valider leur système, les chercheurs ont réussi à mesurer des augmentations de sodium dans les vaisseaux sanguins sous-cutanés de souris vivantes avec une résolution temporelle à la milliseconde pendant plus de 30 minutes. Des tests sur des échantillons de sang humain ont également démontré la capacité du système à distinguer des taux de sodium élevés et faibles. Plus récemment, des mesures non invasives ont été effectuées sur des volontaires humains, révélant que le signal optoacoustique du sodium était proportionnel au flux sanguin, même sans refroidissement préalable de la peau.
L’adaptation de cette technologie pour une utilisation clinique humaine nécessitera d’identifier des sites corporels appropriés, tels que l’intérieur de la bouche, capables de tolérer un refroidissement local et de permettre une détection de signal forte avec un minimum d’interférences dues à l’eau. Des recherches sont également en cours pour développer des méthodes de traitement du signal capables de supprimer le bruit de fond de l’eau sans recourir au refroidissement, ce qui rendrait la procédure encore plus pratique.