Profil de recherche - Le portrait global

Une équipe de spécialistes du laser vient de résoudre un problème vieux de 150 ans : comment saisir ce qui se passe à l’intérieur de cellules vivantes sans les altérer d’aucune façon

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Lorsqu'ils veulent observer les plus minuscules composantes de l'organisme humain, les chercheurs médicaux font face à un défi de taille.

« La nature n'a pas conçu les organites internes (unités à l'intérieur d'une cellule qui ont une fonction déterminée) pour le plaisir de l'oeil », dit le Dr Albert Stolow, chercheur principal au Conseil national de recherches du Canada (CNRC). « Leurs couleurs ne sont pas coordonnées, et le contraste est ténu, si bien que les organites peuvent tous sembler pareils sous le microscope. »

Les cellules recèlent la clé qui permet de comprendre comment l'organisme fonctionne et comment les maladies apparaissent et se propagent. Depuis un siècle et demi, les chercheurs qui veulent voir ce qui se passe à l'intérieur d'une cellule ont recours à un stratagème appelé marquage, qui consiste à mettre en évidence des zones précises à l'aide de colorants ou teintures, et plus récemment de marqueurs génétiques. Ces méthodes sont excellentes, dit le Dr Stolow, sauf qu'elles comportent deux inconvénients :

• Les chercheurs ne peuvent les utiliser facilement dans des cellules vivantes, car certains colorants peuvent être transportés ailleurs ou métabolisés.
• Les colorants et teintures sont des produits chimiques qui peuvent modifier la cellule d'une façon quelconque. Les méthodes génétiques peuvent aussi changer certaines choses.

Avec l'aide financière des Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC), le Dr Stolow, le Dr John P. Pezacki, biochimiste du CNRC, et leur équipe se sont attaqués à ce problème vieux de 150 ans en repensant les avancées récentes en microscopie. Leur succès a dépassé toutes les attentes : l'automne dernier, Olympus, le fabricant japonais d'appareils d'optique, a commencé à vendre le premier microscope CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering ou diffusion Raman anti‑Stokes cohérente) destiné au commerce, qui utilise la technologie canadienne mise au point par les Drs Stolow et Pezacki.

L'optique non linéaire – les effets créés quand de courtes impulsions laser traversent une substance – est utilisée dans la technologie CARS, qui consiste à envoyer des impulsions laser dans un microscope chaque femtoseconde (un millionième d'un milliardième de seconde) pour « prendre l'empreinte » des vibrations moléculaires des éléments de la cellule et en créer des images. Découverte en 1965 – aussi peu que cinq ans après la naissance du laser –, la technologie CARS a été perfectionnée par des scientifiques américains en 1982, avant que des chercheurs de l'Université Harvard ne décident de s'y intéresser sérieusement en 1999.

Le Dr Stolow explique que l'équipe de Harvard a mis au point une méthode efficace où sont utilisés deux lasers dont les impulsions ont un synchronisme des plus raffinés. Avec des appareils sensibles qui valent des centaines de milliers de dollars, le travail se fait idéalement dans un environnement de laboratoire extrêmement stable où la température et les vibrations sont strictement contrôlées.

« Si toutes ces conditions sont réunies, c'est efficace », dit le Dr Stolow. « Par contre, ce n'est pas quelque chose qui est facile à installer dans un hôpital, en milieu clinique ou dans un cabinet de médecin, premièrement parce que c'est très compliqué, et deuxièmement parce que les hôpitaux ne sont pas normalement des milieux contrôlés. »

C'est là qu'est entrée en scène l'équipe du Dr Stolow, qui s'est attaquée au problème à partir de ses champs d'expertise propres : la technologie laser femtoseconde, la dynamique moléculaire et l'optique non linéaire.

« Nous avons examiné l'appareil et nous nous sommes dit qu'il devait y avoir une façon plus simple de procéder. Le CNRC a acheté un microscope d'Olympus – « parce que nous ne fabriquons pas de microscopes » –, et nous avons dit à la compagnie : « En passant, voici ce que nous allons faire ». Nous avons ensuite trouvé un moyen d'utiliser un seul laser, ce qui est une approche beaucoup moins coûteuse et moins sensible à toutes les influences environnementales. Nous avons trouvé une façon de faire très simple. »

Après avoir réussi à obtenir des images exemptes de marquage d'une cellule vivante, l'équipe a repris contact avec Olympus pour connaître sa réaction.

« Ils nous ont répondu par courriel : « Comment avez‑vous fait ça? » C'était une des plus belles images qu'ils avaient vues, et ils n'arrivaient pas à y croire », relate le Dr Stolow. « Ils ont reconnu qu'il s'agissait là d'une bonne occasion d'affaires pour eux. »

Le Dr Yiwei Jia, chef de produit chez Olympus, en convient : « Auparavant, la méthode CARS revenait très cher avec des lasers spéciaux et un système spécialisé. La technologie mise au point par le Dr Stolow ne requiert qu'un laser à deux photons ordinaire, et la microscopie à deux photons a un très vaste champ d'application. C'est une nouvelle technologie, mais il existe un besoin d'imagerie des cellules vivantes sans marquage. »

Mettre la technologie à l'oeuvre
Le Dr Stolow et ses collègues au CNRC ont conclu que le meilleur modèle d'entreprise était de former un partenariat avec Olympus pour créer CARSLab, une installation à Ottawa pour les usagers, spécialisée dans la nouvelle technologie de microscopie (voir http://carslab.ca/home_f.html).

En échange de son savoir‑faire, Olympus a consenti au CNRC un accès unique à sa technologie de microscopie, d'importantes remises sur les produits Olympus et une présence, par l'entremise de son site Web, sur le marché commercial des microscopes. Le partenariat permet à la communauté médicale canadienne d'occuper une place unique dans la visualisation optique utilisée pour les actes de diagnostic médical.

Une partie de la contribution d'Olympus a été de commanditer une réception en novembre dernier, afin que les chercheurs médicaux puissent jeter un premier coup d'oeil sur l'installation CARSLab et voir la technologie à l'oeuvre.

« Nous leur avions dit d'attendre de 40 à 50 personnes, mais 200 se sont présentées », raconte le Dr Stolow. « Nous faisons maintenant un suivi auprès des chercheurs qui étudient l'hépatite, les maladies neurodégénératives, les maladies cardiaques, les lésions du cartilage et la maladie d'Alzheimer, et nous leur disons : « Présentez‑nous vos problèmes, et essayons d'y voir clair ». »

« L'important, c'est l'application – s'assurer que les chercheurs médicaux du Canada connaissent cette technologie et savent ce qu'elle peut leur permettre de faire. Ils apprendront eux‑mêmes où la technologie sera la plus utile. »
Dr Albert Stolow