Une nouvelle technologie non invasive pourrait bientôt permettre de surveiller en continu les taux de sodium dans le sang, sans prélèvement sanguin. Des chercheurs chinois ont mis au point un système combinant détection optoacoustique et spectroscopie térahertz, ouvrant la voie à un diagnostic plus précis et à une gestion améliorée de pathologies liées à ces taux.
La mesure précise du sodium sanguin est cruciale pour diagnostiquer et traiter des affections telles que la déshydratation, les maladies rénales, ainsi que certains troubles neurologiques et endocriniens. La spectroscopie térahertz, qui utilise des ondes situées entre les micro-ondes et l’infrarouge moyen, présente un intérêt particulier en biomédecine grâce à sa faible énergie et sa capacité à pénétrer les tissus, tout en étant sensible aux changements biologiques.
« Pour les applications biomédicales, la spectroscopie térahertz se heurte à deux obstacles majeurs : la difficulté de détecter des molécules autres que l’eau dans les échantillons biologiques et la faible pénétration des tissus », explique Zhen Tian, responsable de l’équipe de recherche à l’Université de Tianjin en Chine. « En intégrant la détection optoacoustique, nous avons surmonté ces défis et réalisé la première détection in vivo d’ions grâce aux ondes térahertz. C’est une avancée significative vers une utilisation clinique de ces techniques. »
Les résultats de cette étude, publiés dans la revue OPTICA, démontrent la capacité du système à suivre en continu la concentration de sodium chez des souris vivantes, sans recourir à des marqueurs. Des tests préliminaires menés sur des volontaires humains se sont également révélés encourageants.
« Avec un développement plus poussé, cette technologie pourrait permettre de surveiller les niveaux de sodium chez les patients sans avoir besoin de prises de sang », précise Tian. « Des mesures en temps réel pourraient ainsi permettre de corriger en toute sécurité les déséquilibres, tout en évitant les complications neurologiques potentiellement graves liées à des variations rapides du sodium. »
Le principe repose sur l’utilisation du son pour réduire le bruit. Le système irradie l’échantillon avec des ondes térahertz. Lorsque ces ondes sont absorbées, les ions sodium liés aux molécules d’eau vibrent, générant des ondes ultrasonores détectées par un transducteur. Cette technique, appelée détection optoacoustique, convertit l’énergie térahertz en ondes sonores pour effectuer la mesure.
« La technologie optoacoustique térahertz représente une avancée majeure pour les applications biomédicales, car elle contourne efficacement le problème de l’absorption de l’eau, qui a historiquement limité ces applications », souligne Tian. « Au-delà de la détection du sodium, cette technologie pourrait être utilisée pour identifier diverses biomolécules – sucres, protéines, enzymes – en reconnaissant leurs signatures d’absorption térahertz spécifiques. »
Les chercheurs ont démontré que leur système pouvait mesurer l’augmentation des taux de sodium dans les vaisseaux sanguins sous la peau de souris sur une période de plus de 30 minutes, avec une précision à l’échelle de la milliseconde. Ces mesures ont été effectuées au niveau de l’oreille, la surface de la peau étant refroidie à 8 °C pour atténuer le signal de fond lié à l’eau.
Le système a également permis de distinguer rapidement des niveaux de sodium élevés et faibles dans des échantillons de sang humain. Enfin, les chercheurs ont mesuré de manière non invasive les niveaux d’ions sodium dans les vaisseaux sanguins des mains de volontaires sains, constatant que le signal optoacoustique était proportionnel au flux sanguin, même sans refroidissement cutané. Des recherches supplémentaires sont toutefois nécessaires pour optimiser le système.
Les chercheurs estiment que l’adaptation du système à l’usage humain nécessitera l’identification de sites de détection appropriés, comme l’intérieur de la bouche, qui peuvent tolérer un refroidissement rapide et permettre une détection de signal forte avec un minimum d’interférences de l’eau. Ils étudient également des méthodes de traitement du signal qui pourraient supprimer les interférences de l’eau sans refroidissement, rendant ainsi l’approche plus pratique pour les diagnostics cliniques.