Les patients atteints de formes de cancer répandues pourraient espérer vivre plus longtemps et diminuer leur risque de récidive grâce à une sonde spectroscopique optique multimodale mise au point par des scientifiques de Polytechnique Montréal, du Centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CRCHUM), et de l’Institut et hôpital neurologiques de Montréal – Le Neuro – de l’Université McGill et du CUSM. Développée en 2015, cette sonde portative de spectroscopie Raman permet aux chirurgiens de détecter avec précision presque toutes les cellules cancéreuses en temps réel durant les opérations au cerveau.

Les chercheurs ont maintenant perfectionné cette invention et conçu un nouveau dispositif plus précis, sensible et spécifique, apte à détecter non seulement les cellules cancéreuses du cerveau, mais également les cellules cancéreuses du côlon, de la peau et du poumon. Lors d’évaluations peropératoires, la sonde spectroscopique optique multimodale a pu détecter des cellules cancéreuses de façon infaillible avec une sensibilité de 100 %, c’est-à-dire que lorsqu’elle est pointée sur une région cancéreuse, la sonde ne se trompe jamais.

Cette avancée publiée le 28 juin dans la revue scientifique Cancer Research de l’American Association for Cancer Research est le fruit de la collaboration entre l’ingénieur Frédéric Leblond et le neurochirurgien oncologue Kevin Petrecca.

« Minimiser le nombre de cellules cancéreuses ou les éliminer complètement durant une intervention chirurgicale est une partie essentielle du traitement du cancer. Or, détecter les cellules cancéreuses durant une opération est difficile », explique le Dr Kevin Petrecca, chef du Service de neurochirurgie, chercheur spécialiste du cancer du cerveau et titulaire de la Chaire William Feindel de recherche en neuro-oncologie au Neuro. « Il est souvent impossible de distinguer visuellement les cellules cancéreuses des cellules normales du cerveau, d’où la persistance fréquente de cellules cancéreuses invasives après l’opération ainsi que la récurrence du cancer et un pronostic moins bon. Minimiser de façon chirurgicale le nombre de cellules cancéreuses améliore les résultats pour les patients. »

« La sonde que nous avons conçue permet de détecter presque 100 % des cellules cancéreuses dans le cerveau. Il s’agit d’une avancée très importante », déclare Frédéric Leblond, professeur au Département de génie physique de Polytechnique Montréal et chercheur au Centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CRCHUM). « Nous avons également démontré que notre technologie est efficace pour traiter d’autres formes de cancers. Cela signifie que davantage de patients profiteront d’un meilleur diagnostic, d’un traitement plus efficace et de risques moindres de rechute », ajoute-t-il.

L’avantage majeur de ce système est qu’il permet au chirurgien de détecter en temps réel, lors de la chirurgie, les cellules qui sont cancéreuses, chose qui n’est pas aisée à déterminer à l’œil nu.

Une sonde qui combine plusieurs modalités technologiques

La sonde peropératoire mise au point dans les laboratoires montréalais fait appel à la technologie de spectrographie Raman utilisée dans la sonde de première génération pour interpréter la composition moléculaire du tissu organique sondé. D’abord développée en 2015 et testée dans le cadre de chirurgies sur plus de 80 patients, la sonde a depuis été perfectionnée par les chercheurs. La nouvelle version est multimodale, c’est-à-dire qu’elle intègre aussi la spectrographie par fluorescence intrinsèque pour l’interprétation de la composition métabolique des cellules, ainsi que la spectrographie de réflexion diffuse pour l’analyse de l’absorption intrinsèque des tissus organiques des patients.

Lors d’essais chirurgicaux récents chez 15 autres patients, l’utilisation séquentielle de ces techniques spectrographiques à haute sensibilité intégrées dans un capteur unique couplé à un système de détection, en combinaison avec des lasers stimulants, une caméra hautement sensible et un spectromètre, a donné des résultats spectaculaires. Le chirurgien a en effet bénéficié d’une imagerie moléculaire offrant un niveau de précision inédit, améliorant la sensibilité de détection du cancer d’environ 10 % si l’on compare avec celle offerte par la sonde de première génération.

Essais cliniques

La sonde de spectroscopie Raman de première génération fait présentement l’objet d’un essai randomisé contrôlé impliquant des patients atteints de gliomes. Cette étude sera la première au monde à démontrer les bénéfices cliniques de l’utilisation d’une sonde peropératoire lors de chirurgies du cerveau. Les résultats permettront d’établir le protocole d’un prochain essai clinique pour la sonde multimodale de seconde génération.

Le Dr Petrecca et le Pr Leblond ont créé, en 2015, l'entreprise ODS Medical qui est vouée à la commercialisation de la sonde. Ils ont amorcé le processus d’approbation formelle de la Food and Drug Administration (FDA) en vue de transférer la technologie dans les hôpitaux d’ici quelques années.

L’étude « Highly accurate detection of cancer in situ with intraoperative, label-free, multimodal optical spectroscopy » a été publiée dans la revue Cancer Research de l’American Association for Cancer Research le 28 juin 2017. Les auteurs de l'étude sont Frédéric Leblond, Kevin Petrecca, Michael Jermyn, Jeanne Mercier, Kelly Aubertin, Joannie Desroches, Kirk Urmey, Jason Karamchandiani, Eric Marple et Marie-Christine Guiot. Ces travaux ont reçu le soutien du Fonds de recherche du Québec — Nature et technologies, du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, du Programme des projets de recherche concertée en santé (IRSC et CRSNG), du Groupe de recherche en sciences et technologies biomédicales et de la Banque Nationale.

Représentation schématique de la sonde utilisée pour interroger le tissu cérébral pendant la chirurgie. L'image montre une photographie de la sonde tenue par un chirurgien, un spectre Raman associé à du tissu normal et du tissu cancéreux, ainsi qu'une image de résonance magnétique (IRM) d'un patient atteint du cancer du cerveau. La zone rouge représente la tumeur.

Dr Kevin Petrecca, chef du Service de neurochirurgie, chercheur spécialiste du cancer du cerveau et titulaire de la Chaire William Feindel de recherche en neuro-oncologie au Neuro, et Frédéric Leblond, professeur au Département de génie physique de Polytechnique Montréal et chercheur au Centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal (CRCHUM).

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Fiche d'expertise du professeur Frédéric Leblond
Site du Département de génie physique de Polytechnique Montréal