Mise en forme de fronts d'onde optiques pour la photobiomodulation - Application aux maladies neurodégénératives

Optical wavefront shaping for photobiomodulation - Application to neurodegenerative diseases

• Auteur / Autrice : Aurelie Lepoittevin
• Direction : Emmanuel Bossy
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (LETI)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Service des Systèmes pour la Biologie et la Santé

Mots clés

Mots clés libres

Défis technologiques

Optique appliquée

Sciences pour l'ingénieur

Technologies pour la santé et l'environnement

Dispositifs médicaux

Technological challenges

Applied optics

Engineering sciences

Technologies for health and the environment

Medical devices

Résumé

La photobiomodulation consiste à utiliser la lumière, le plus souvent dans la gamme visible/proche-infrarouge, pour traiter ou ralentir l'évolution d‘une pathologie. Dans le cas de la maladie de Parkinson, une maladie neurodégénérative sans traitement curatif à ce jour, la zone du cerveau responsable des symptômes se situe au niveau du mésencéphale, une région profonde du cerveau, ce qui nécessite d'implanter un dispositif médical optique par des techniques neurochirurgicales. A Clinatec, plusieurs patients ont été récemment implantés avec un tel dispositif, faisant suite à de nombreuses années de recherche précliniques ayant montré le potentiel de la technique. A ce jour la propagation des photons dans les tissus cérébraux est dominée par la diffusion, avec pour conséquence un rendement faible et une stimulation optique de zones non-souhaitées. L'objectif est de contraindre le mécanisme de diffusion en jouant sur le front d'onde optique, avec une visée clinique intracérébrale. Il s'agit d'une technique publiée en 2007 par Vellekoop, qui consiste à moduler l'amplitude et la phase d'une source lumineuse cohérente pour prendre en compte la diffusion des photons et ainsi parvenir à focaliser la lumière dans ou derrière les tissus. Le but final est de n'éclairer que la zone souhaitée du cerveau. Les travaux de thèse associeront des développements expérimentaux et fondamentaux en optique, notamment sur la mise au point de la boucle de rétroaction (mesure de l'onde photoacoustique générée par des pulses lumineux), mais aussi en simulation numérique. La thèse aura lieu sur le site du CEA LETI, à Grenoble, entre l'institut Clinatec et le Département d'Optronique du LETI et sera dirigée par un laboratoire universitaire spécialiste du domaine (le LiPhy).

Photobiomodulation involves using light, usually in the visible/near-infrared range, to treat or slow down the progression of a pathology. In the case of Parkinson's disease, a neurodegenerative disorder with no curative treatment to date, the area of the brain responsible for the symptoms is located in the mesencephalon, a deep region of the brain, necessitating the implantation of an optical medical device using neurosurgical techniques. At Clinatec, several patients have recently been implanted with such a device, following many years of preclinical research that demonstrated the technique's potential. To date, photon propagation in brain tissue is dominated by scattering, resulting in low efficiency and optical stimulation of undesired areas. The aim is to constrain the diffusion mechanism by influencing the optical wavefront, with an intracerebral clinical target. This technique, published in 2007 by Vellekoop, consists in modulating the amplitude and phase of a coherent light source to take account of photon scattering, thus enabling the light to be focused in or behind the tissue. The ultimate aim is to illuminate only the desired area of the brain. The thesis work will combine experimental and fundamental developments in optics, in particular the development of the feedback loop (measurement of the photoacoustic wave generated by light pulses), as well as numerical simulation. The thesis will take place at the CEA LETI site in Grenoble, between the Clinatec institute and LETI's Optronics Department, and will be supervised by a university laboratory specializing in the field (LiPhy).