Crédit :Université de Yale
La nouvelle technologie qui mesure un biomarqueur en faisant simplement rebondir la lumière laser bleue sur la peau fournit des résultats rapides, indolores et très précis. Basé sur la technologie de spectroscopie Raman par résonance, l'appareil utilise un logiciel informatique et une sonde à fibre optique flexible qui est maintenue contre la paume pendant environ 30 secondes pendant que la lumière interagit avec les caroténoïdes de la peau.
Qu'est-ce que tu as mangé à midi hier? Combien de fois par mois mangez-vous des noix ? Et vos enfants, combien de portions de légumes ont-ils consommés aujourd'hui ?
Ce n'est un secret pour personne qu'il est difficile de se souvenir des détails de nos repas, et ce fait frustrant est au cœur de la recherche en nutrition, compliquant la tâche de lier les aliments à des résultats pour la santé comme le diabète et les maladies cardiaques. Certains chercheurs recherchent plutôt des substances révélatrices, ou des biomarqueurs, dans le corps qui donnent des informations sur la quantité d'un certain type d'aliments qu'une personne a mangé récemment. Mais cette solution n'est pas idéale, car la mesure des biomarqueurs nécessite souvent des échantillons de sang, d'urine ou même de peau. Le processus peut être coûteux, douloureux et fastidieux.
Mais pour les chercheurs qui étudient les fruits et légumes dans l'alimentation, il pourrait bientôt y avoir un moyen plus simple. Les scientifiques de la Yale School of Public Health testent une nouvelle technologie qui mesure un biomarqueur en faisant simplement rebondir la lumière laser bleue sur la peau. Il est indolore et rapide et donne des résultats en une minute environ. Susan T. Mayne, chef de la division d'épidémiologie des maladies chroniques, et sa collaboratrice de longue date, Brenda Cartmel, chercheuse dans la même division, ont travaillé avec un groupe de physiciens de l'Université de l'Utah pour créer et tester deux prototypes d'appareils qui mesurer les caroténoïdes cutanés, qui sont des biomarqueurs de l'apport en fruits et légumes généralement mesurés dans le sang.
"Cela découle vraiment d'une observation que les gens connaissent depuis des décennies", explique Mayne, "et c'est que lorsque les gens ont une alimentation riche en légumes, ils développent une coloration jaune de la peau qui est particulièrement visible dans la paume de la main à cause de la accumulation de caroténoïdes dans la peau. Et nous avons pensé :"Pouvons-nous utiliser cela comme une nouvelle approche pour mesurer les caroténoïdes dans le corps de manière non invasive ?"
L'appareil est une version moderne d'une technologie vieille de plusieurs décennies connue sous le nom de spectroscopie Raman par résonance (RRS), qui mesure les changements dans les niveaux d'énergie des électrons dans les molécules après qu'ils ont été excités par la lumière laser. Il se compose d'une sonde à fibre optique flexible reliée à une machine centrale en forme de boîte ; la sonde est maintenue contre la paume d'un volontaire de l'étude pendant environ 30 secondes pendant que la lumière interagit avec les caroténoïdes de la peau. Ensuite, un logiciel sur un ordinateur portable connecté traite les résultats, ce qui prend encore 30 secondes. Les premières études ont montré que cette machine RRS fournit des résultats très précis, attirant l'attention de nombreux chercheurs en nutrition.
Un long vol, une collaboration
En tant qu'épidémiologiste nutritionnelle, Mayne ne s'attendait guère à travailler avec des lasers. Mais il y a plusieurs années, lors d'un vol vers l'Australie pour une conférence internationale sur les caroténoïdes, elle s'est retrouvée assise à côté d'un homme qui feuilletait un programme pour la même conférence. Après avoir échangé quelques plaisanteries, Mayne a appris qu'il était un physicien laser de l'Université de l'Utah.
"Je me suis dit :'Ça va être un très long vol. Je ne pense pas que nous ayons quoi que ce soit en commun », se souvient-elle. « Mais c'est parce que nous étions coincés dans un avion pendant 16 heures [que] j'ai essayé de comprendre ce qu'il faisait, comment il l'utilisait [et] quelles étaient les applications. C'est en fait là que tout ce projet a commencé."
Le physicien et son équipe, a-t-elle appris, avaient expérimenté le SRR pour mesurer les caroténoïdes dans la rétine, car on pense que des niveaux rétiniens élevés protègent contre la dégénérescence maculaire. Les caroténoïdes, note Mayne, sont parfaitement adaptés à la mesure par RRS. "Si nous utilisons une longueur d'onde de lumière spécifique, c'est là que ces composés particuliers résonnent très fortement et de manière unique", dit-elle. "Il n'y a pas d'autres composés dans la peau ou d'autres matrices qui ont le même profil de résonance."
Au moment où l'avion a atterri, Mayne et son voisin de siège avaient élaboré une idée de proposition de subvention pour collaborer. La subvention a été financée, le groupe de l'Utah a construit deux prototypes et Yale les a testés.
Dans leur étude du premier prototype de dispositif RRS, publiée en 2010 dans The American Journal of Clinical Nutrition, Mayne, Cartmel et leurs collègues de l'Utah ont comparé les mesures RRS des caroténoïdes cutanés avec les méthodes de mesure du sérum et de la biopsie cutanée, l'étalon-or actuel. (Ils ont également examiné la capacité de l'appareil à mesurer le lycopène, un caroténoïde que la population américaine obtient principalement des tomates et des produits à base de tomates.)
L'équipe a constaté que parmi les sujets de l'étude, les niveaux de caroténoïdes mesurés par RRS tombaient le long d'une courbe en forme de cloche, comme on pouvait s'y attendre. Au sein d'un même individu, des mesures élevées dans une zone du corps, comme la paume, correspondaient à des niveaux élevés ailleurs. Les résultats du RRS étaient également raisonnablement bien corrélés avec les méthodes de référence ainsi qu'avec les données d'auto-évaluation alimentaire, confirmant la validité de l'appareil.
Les physiciens de l'Utah continuent d'affiner les premiers prototypes. "L'appareil original [au laser à argon] que nous avions n'était pas portable", explique Cartmel, citant sa taille de 19 x 16 x 13 pouces et sa sensibilité au mouvement et à la vapeur d'eau. « Ils ont ensuite développé un instrument qui utilise un laser à solide, donc beaucoup plus robuste. Maintenant, nous sommes en mesure d'apporter cela sur le terrain. Dans une étude actuellement en cours d'examen pour publication, Stephanie Scarmo, doctorante à l'YSPH, a utilisé l'appareil RRS à semi-conducteurs pour obtenir des mesures de caroténoïdes d'un grand groupe d'enfants de 3 et 4 ans.
"Elle est allée dans un établissement préscolaire, essayant de contourner l'heure de la sieste", explique Mayne, et "a pu scanner 60 enfants en un après-midi". (En revanche, la méthode de test sérique, comme on pourrait l'imaginer, aurait impliqué beaucoup de sang, de sueur et de larmes.) ."
Nouvelles candidatures
À la suite de la publication de l'étude, Mayne dit qu'elle a été contactée par des chercheurs souhaitant utiliser le RRS comme mesure objective dans des études qui encouragent les gens à manger plus de fruits et de légumes. Elle comprend leur empressement.
"Il est très difficile d'utiliser l'auto-évaluation dans le cadre d'un changement alimentaire lorsque vous avez travaillé avec des gens en leur disant qu'ils devaient changer", explique-t-elle. Les sujets de l'étude sont enclins à essayer de plaire aux chercheurs en leur disant qu'ils ont changé leurs habitudes pour le mieux, introduisant ce qu'on appelle un biais de désirabilité sociale dans les études.
Mais la technique Raman n'est pas prête pour les heures de grande écoute. D'une part, personne ne connaît la demi-vie des caroténoïdes dans la peau, donc le nombre de jours ou de semaines d'apport reflété par une mesure est inconnu. D'autre part, il n'est pas clair dans quelle mesure l'appareil détectera les changements dans les niveaux de caroténoïdes cutanés après un changement dans la consommation de fruits et légumes.
Ce qu'il faut ensuite, dit Mayne, ce sont «des études dites métaboliques, où elles contrôlent soigneusement l'apport alimentaire en caroténoïdes et suivent les gens au fil du temps pour voir comment leur peau réagit, à quelle vitesse elle réagit, à quel point elle change et si tout le monde change de la même manière. .” Ce type de recherche est coûteux, impliquant de nombreuses semaines d'alimentation des personnes avec des régimes appauvris en caroténoïdes et enrichis tout en répétant les mesures. Pour ce faire, Mayne s'est associée à un laboratoire du département américain de l'Agriculture du Dakota du Nord qui dispose des installations de test nécessaires.
Il est également important de savoir prendre en compte les variations entre les individus. "Nous devons encore évaluer si la mélanine, un pigment de la peau, a un effet sur les lectures", note Cartmel.
Quel avenir pour l'approche RRS dans la recherche alimentaire ? Une fois les problèmes résolus et une fois que les chercheurs ont vérifié les associations entre les caroténoïdes cutanés et les résultats pour la santé, le dispositif RRS pourrait fournir une rétroaction objective sur l'état nutritionnel d'une personne.
Le dispositif pourrait même trouver sa place dans les travaux de politique urbaine. Si un centre-ville introduit des marchés de producteurs de quartier proposant des produits frais, par exemple, les chercheurs pourraient mesurer les caroténoïdes cutanés des résidents avant et après l'apparition des marchés. Les mesures avec RRS, dit Mayne, "pourraient fournir des outils pour évaluer si l'intervention améliore la consommation de légumes dans une zone particulière". C'est vraiment le but ultime, dit-elle. "Nous voulons améliorer l'état nutritionnel."
