Les scientifiques repoussent sans cesse les limites de ce qui est observable. On connaissait l’IRM classique pour observer des organes ou des cellules mais celle que les scientifiques ont mise au point est absolument révolutionnaire. En s’associant à un microscope à fluorescence, ce système est le seul au monde capable d’observer un atome seul. On vous en dit plus sur cette découverte qui promet des résultats spectaculaires.
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est utilisée depuis plus de 40 ans pour étudier les tissus corporels mous à des fins de diagnostic médical. Les machines actuelles peuvent observer des structures d’une taille supérieure ou égale à 0,1 millimètre. Ce chiffre n’avait relativement pas bougé ces dernières années mais une équipe de physiciens a conçu un petit appareil d’IRM capable de détecter une structure plus d’un million de fois plus petite : un atome d’hydrogène. Cette technologie sera prochainement utilisée pour déterminer la structure des molécules. La recherche a été dirigée par Christian Degen de l’ETH Zurich et les résultats ont été publiés dans Sciencemag.
Comme son nom l’indique, l’IRM utilise des bobines électromagnétiques pour générer un champ magnétique et envoyer de courtes rafales d’ondes radio autour du tissu à observer. Le champ magnétique excite les protons dans le noyau des atomes d’hydrogène qui les pousse à s’aligner tandis que les ondes radio émises par la machine perturbent cet alignement. Lorsque la rafale d’ondes radio prend fin, les atomes se replacent et émettent leur propre signal radio qui est détecté et interprété en images de coupe transversale. « L’IRM est aujourd’hui une technologie mature et sa résolution spatiale est restée largement inchangée au cours des dix dernières années. Les contraintes physiques empêchent son amélioration pour une observation encore plus précise », a déclaré Degen dans un communiqué de presse.
Afin d’augmenter considérablement la précision d’observation, l’équipe de Degen a remplacé la bobine électromagnétique par une puce de capteur de diamant dans un microscope à fluorescence. La machine a été utilisée pour détecter ce qu’on appelle un « centre azote vacant ». En effet, la structure d’un diamant est un treillis d’atomes de carbone légèrement erroné : deux atomes de carbone sont remplacés par un atome d’azote, ce qui crée une très petite tache à la fois magnétique et fluorescente.
Les diamants utilisés possédaient des centres azote vacants à seulement quelques nanomètres sous leur surface. L’appareil d’IRM a été en mesure d’obtenir une lecture optique de ces taches que l’équipe a utilisée pour déterminer l’emplacement des différents atomes d’hydrogène. La machine a donc une précision phénoménale de un ångström (Å). « La mécanique quantique fournit alors une preuve pour savoir si l’on a détecté un noyau individuel ou un ensemble de plusieurs atomes d’hydrogène », a expliqué Degen.
A titre de comparaison, un brin d’ADN mesure environ 20 Å de large. Une machine travaillant sur une aussi petite échelle ne sera jamais une solution pratique pour le diagnostic des patients, mais cela a des conséquences très importantes. L’équipe de Degen espère développer cette technologie pour étudier la structure des protéines qui a de nombreuses applications, y compris la découverte de médicaments.
La structure moléculaire des protéines est typiquement étudiée à travers la cristallographie aux rayons X, mais beaucoup ont des propriétés qui les rendent difficiles à cristalliser. Cette nouvelle technologie d’IRM encore plus puissante pourrait être en mesure d’offrir une solution pour observer des milliards de protéines. « C’est une étape intermédiaire importante vers la cartographie des molécules entières », a conclu Degen.
Cette découverte est tout à fait remarquable ! Au bureau, on n’en revient pas que les scientifiques puissent arriver à un niveau de précision aussi extrême. On espère que cette technologie permettra d’aider l’humanité dans sa compréhension de l’univers. Et vous, pensez-vous que l’homme parviendra à percer à jour l’infiniment petit comme l’infiniment grand ?
