Le projet OPTIMUS réuni des scientifiques aux compétences diverses tels que des biologistes, des opticiens et des mathématiciens, de l’Institut des Technologies Avancées pour les Sciences du Vivant (ITAV) et de l’Institut des Mathématiques de Toulouse (IMT).
Le but du projet est d’identifier les propriétés optiques intrinsèques d’un tissu tumoral et d’évaluer la possibilité de les utiliser comme nouvelle source d’information.

Pour aborder cette question, Frédéric De Gournay et ses partenaires ont choisi d’utiliser une approche expérimentale originale reposant sur une technique n’utilisant pas d’agent de contraste exogène (étranger au tissu ou à la cellule), technique dite « label- free ».

L’échantillon biologique n’est ainsi pas modifié lors de l’analyse et peut être réutilisé pour d’autres examens ou expériences. Cette technique « label free », appelée l’aberrométrie, est utilisée en médecine dans le champ de l’ophtalmologie et consiste à établir la cartographie précise et quantitative des aberrations optiques. Elle permet ainsi d’accéder à l’étude fine des propriétés optiques de l’œil et offre la possibilité d’en corriger les défauts par la chirurgie réfractive.

Dans le cas du cancer, il s’agira de définir l’empreinte optique de la tumeur et de l’associer avec un diagnostic ou une thérapie.
Pour mettre au point la preuve de ce concept, les chercheurs ont utilisé un modèle tumoral multicellulaire en 3 dimensions : le sphéroïde. Ce dernier est particulièrement intéressant pour reprendre l’organisation cellulaire des tumeurs retrouvées dans les tissus et se trouve être un choix judicieux pour l’étude des réponses aux agents anticancéreux.

Les principaux objectifs du projet ont ainsi pu être réalisés :

1) Conception de la configuration de l’aberrométrie et construction un prototype.
2) Corrélation expérimentale des propriétés optiques et de l’état physiologique du modèle.
3) Modélisation mathématique des interactions
4) Couplage de données expérimentales avec le modèle

Les avancées scientifiques du projet :

La preuve de concept sur le modèle sphéroïde a pu être réalisée de manière expérimentale : le calcul d’aberration sur les échantillons biologiques a été testé, permettant de montrer la validité de ce modèle.
La mesure d’aberrométrie, en raison du nombre de paramètres inconnus et du fait que seules trois mesures sont fiables, ne permet pas de fournir d’information suffisante pour la caractérisation de l’échantillon, mais dans le cadre d’une expérience dynamique peut donner des informations précises.
Dans les travaux futurs, des mesures agrégées obtenues par rotations ou déplacements micro-fluidiques permettront de récupérer les propriétés optiques de l’échantillon.
Ce projet multidisciplinaire ouvre plusieurs challenges particulièrement intéressants et à haut potentiel pour les mathématiques appliqués. Il serait possible d’obtenir à terme une « signature optique » (vraie image des indices du milieu traversé par la lumière) et ainsi une nouvelle modalité d’image à fort potentiel. Ce nouveau type d’imagerie ouvrirait la porte à de nouveaux tests innovants pour le diagnostic.

Publications :

Abberometry study of a semi-transparent sample and calibration of a wavefront formation model
JÉRÔME FEHRENBACH,1,2,* FRÉDÉRIC DE GOURNAY,1,2 CORINNE LORENZO, 2 AND AURORE MASSON2 – 1(IMT) 2 (ITAV)
© 2018 Optical Society of America
OCIS codes: (080.5692) Ray trajectories in inhomogeneous media ; (120.5050) Phase measurement; (100.3190) Inverse problems.