Manipuler des cellules à distance: la technologie du rayon tracteur du MIT

Imaginez un minuscule appareil capable de manipuler des cellules à distance, sans les toucher, comme par magie. C’est précisément ce qu’ont réussi à créer des chercheurs du MIT, en s’inspirant du célèbre « rayon tracteur » de Star Wars.

Les scientifiques ont développé un dispositif miniature, pas plus grand que la paume d’une main, utilisant un faisceau lumineux pour manipuler des particules à distance. Cette prouesse technologique pourrait transformer la façon dont les biologistes et les cliniciens étudient l’ADN, classifient les cellules et explorent les mécanismes des maladies.

Contrairement aux pinces optiques traditionnelles, qui nécessitent des installations microscopiques volumineuses, ce nouveau dispositif offre une solution compacte et accessible pour la manipulation optique dans les expériences biologiques.

Un bond en avant pour la recherche biologique

L’innovation majeure de cette technologie réside dans sa capacité à manipuler des cellules à une distance bien plus grande que les dispositifs précédents. Alors que les pinces optiques intégrées existantes ne pouvaient capturer que des cellules très proches de la surface de la puce, ce nouveau système permet de travailler à une distance plus de cent fois supérieure.

Cette avancée présente plusieurs avantages :

– Elle évite la contamination de la puce
– Elle réduit le stress sur les cellules
– Elle permet de travailler avec des échantillons protégés par des lamelles de verre, préservant ainsi leur stérilité

Comment fonctionne ce « rayon tracteur » miniature ?

Au cœur de ce dispositif se trouve une technologie appelée «réseau optique phasé intégré». Il s’agit d’une série de minuscules antennes fabriquées sur une puce à l’aide de procédés de fabrication de semi-conducteurs.

En contrôlant électroniquement le signal optique émis par chaque antenne, les scientifiques peuvent façonner et diriger le faisceau lumineux émis par la puce. Ce faisceau se concentre à environ 5 millimètres au-dessus de la surface de la puce, permettant ainsi de capturer et de manipuler des particules biologiques à l’intérieur d’une lamelle de protection stérile.

Des applications concrètes prometteuses

Les chercheurs ont déjà réussi à capturer et à manipuler de minuscules sphères de polystyrène, ainsi que des cellules cancéreuses. Cette technologie ouvre la voie à de nombreuses applications potentielles :

– Étude approfondie de l’ADN
– Classification précise des cellules
– Investigation des mécanismes des maladies
– Amélioration de la sensibilité des diagnostics de maladies

De plus, la fabrication à faible coût de ces puces en silicium pourrait démocratiser les expériences de manipulation optique, les rendant accessibles à un plus grand nombre de laboratoires.

Le Dr Jelena Notaros, professeure au MIT, partage son enthousiasme : « Ce travail ouvre de nouvelles possibilités pour les pinces optiques intégrées sur puce. Il est passionnant d’imaginer les différentes applications que cette technologie pourrait permettre.« 

Vers de nouvelles frontières

L’équipe de recherche ne compte pas s’arrêter là. Elle travaillet déjà sur des améliorations, notamment :

– La possibilité d’ajuster la hauteur focale du faisceau lumineux
– L’application du dispositif à différents systèmes biologiques
– L’utilisation de plusieurs points de capture simultanés pour des manipulations plus complexes

Cette technologie innovante promet de transformer notre compréhension de la biophysique cellulaire et d’ouvrir de nouvelles perspectives dans la recherche biomédicale.

Légende illustration : Ce « rayon tracteur » sur puce, qui utilise un faisceau lumineux intensément focalisé pour capturer et manipuler des particules biologiques sans endommager les cellules, pourrait aider les biologistes à étudier les mécanismes des maladies. Crédit: Sampson Wilcox RLE

Source : MIT

La recherche est publiée dans Nature Communications. s41467-024-52273-x