Détecter le cancer de la gorge dans un simple souffle

Un appareil portable permet de détecter la présence de certains cancers dans l’haleine. Testé sur des patients, le nouveau dispositif a été développé en partie par des chercheurs de l’EPFL, dans le cadre d’une collaboration internationale.

Prendre sa respiration, et souffler. Cette simple action pourrait désormais sauver des vies. Une technologie développée en partie à l’EPFL permet de repérer rapidement dans l’haleine la présence d’un cancer des voies aériennes supérieures, c’est-à-dire de la gorge ou de la bouche, par exemple. Testé sur des patients, ce nouvel outil doté de capteurs extrêmement sensibles fonctionne aussi bien avec un ordinateur qu’un téléphone portable, à condition que les conditions du test soient rigoureuses. Un outil novateur pour le diagnostic précoce des tumeurs.

Il n’existe en effet actuellement que très peu d’examens de routine pour détecter le cancer. Or cette maladie est la troisième cause de décès dans le monde. Dans leur majorité, les tumeurs sont repérées relativement tard, ce qui rend la guérison plus difficile.

Le cancer « signale » sa présence dans le souffle
Au sein du SAMLAB, dirigé par Nico de Rooij à Neuchâtel, une équipe de chercheurs, et plus particulièrement Frédéric Loizeau, alors doctorant, a développé des micro-capteurs très précis, qui permettent de différencier une haleine de patient sain de celle d’un patient malade. Les scientifiques sont partis du constat que le souffle humain contient des centaines de composés organiques volatiles (COVs), dont la présence et la concentration changent selon l’état de santé des patients. Les cellules cancéreuses ont un métabolisme différent des cellules saines, et elles produisent des substances différentes, tant en termes de quantité que de typologie. Elles laissent de ce fait une «signature» dans le souffle humain. 

Les chercheurs sont parvenus à détecter ces nuances, grâce à un réseau de micro-capteurs. Chaque capteur se compose d’un disque en silicium de 500 micromètres de diamètre, recouvert d’un polymère et suspendu par quatre minuscules «ponts» intégrant des piezorésistances. Lorsqu’on le soumet à un gaz, le polymère absorbe certaines molécules, et le disque se déforme. Cette déformation est détectée par les quatre ponts, qui génèrent un signal électrique. Cela permet de déduire la «signature» du gaz ainsi que sa concentration. L’astuce consiste à utiliser des polymères différents sur chaque capteur, afin d’obtenir une vue d’ensemble de la composition du gaz. (voir médaillon)

Pour développer la technologie de capteurs de tension de surface, les chercheurs du SAMLAB avaient eu le privilège de collaborer avec feu Heinrich Rohrer, co-lauréat du prix Nobel de Physique de 1986. 

«Il existe déjà sur le marché des méthodes de détection des molécules appelé «nez électroniques». Mais il leur est très difficile d’analyser des gaz très complexes, tels que l’haleine», explique Nico de Rooij. «L’humidité, notamment, peut perturber la mesure, ce qui résulte en de faux-positifs, ou de faux-négatifs». Avec les nouveaux capteurs, la détection devient extrêmement précise.

Tests cliniques sur patients sains et malades
Avec la collaboration du Swiss Nanoscience Institute de l’Université de Bâle, les chercheurs de l’EPFL ont pu tester leur dispositif  sur de vrais patients du CHUV (Centre hospitalier universitaire vaudois), malades ou ayant subi un traitement chirurgical de leur cancer de la gorge. Les résultats de ces tests ont démontré que les capteurs étaient d’une efficacité redoutable. Une entreprise neuchâteloise a déjà montré son intérêt pour commercialiser cette technologie, qui fait l’objet d’un brevet.

Souffler dans son smartphone
Mais l’aventure ne s’arrête pas là pour ces capteurs, dont les applications sont multiples. Récemment, un autre partenaire du projet, le centre de recherche NIMS/MANA au Japon, a connecté les capteurs avec des téléphones portables. Cette innovation leur a valu une récompense lors du Nanotech 2015 Event.

Analyser les gaz émis par les plantes
La technologie intéresse également les biologistes. A l’Université de Neuchâtel, des tests sont actuellement menés par le Laboratoire pour la recherche fondamentale et appliquée en écologie chimique, afin d’analyser les gaz émis par les plantes, lorsqu’elles sont attaquées par certains insectes ou champignons. Ces gaz servent à attirer d’autres insectes, afin qu’ils viennent protéger la plante. Le fait de détecter ce phénomène assez tôt pourrait permettre aux agriculteurs de réagir plus promptement lors d’une attaque, et ainsi utiliser une quantité moindre d’insecticides.

Breath analyser :
-Laboratoire de capteurs, actuateurs et microsystèmes SAMLAB
-Thèse de Frédéric Loizeau : Microfabricated Sensor Arrays for Life Science Applications

Collaborateurs du projet et leurs affiliations respectives :
-EPFL IMT SAMLAB : Frédéric Loizeau, Sebastian Gautsch, Teru Akiyama, Peter Vettiger, Nico de Rooij
Swiss Nanoscience Institute de l’Université de Bâle (SNI) : Hans Peter Lang, Christof Gerber
– Ludwig Institute for Cancer Research, University of Lausanne: A. Hiou, J,P. Rivals, P.Romero
-Centre de recherche Japonais NIMS/NAMA : G. Yoshikawa
Nano-tera.ch 

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Texte: Laure-Anne Pessina
Photos: Alain Herzog