Doctorat en „Exploration de la biréfringence cutanée avec la spectroscopie du domaine de fréquence THz“ – Programme MSCA Cofund SEED

Le cancer de la peau, souvent causé par une surexposition au soleil, nécessite des campagnes de sensibilisation annuelles. Parmi les cancers de la peau, le mélanome cutané (CM) s’impose comme le type le plus grave, avec une incidence en augmentation de 3 % en France entre 2006 et 2015 (Centre international de recherche sur le cancer). La visibilité du CM permet une détection potentielle par les dermatologues ou les patients eux-mêmes, mais les diagnostics tardifs persistent, entraînant souvent des conséquences potentiellement mortelles. Par conséquent, le développement de capteurs pour la détection précoce du cancer de la peau constitue une préoccupation majeure de santé publique. Les spectromètres térahertz (THz) sont des outils non invasifs prometteurs pour diagnostiquer les affections cutanées telles que le cancer de la peau et les brûlures. Ils fonctionnent dans la région spectrale située entre les micro-ondes et les ondes optiques, offrant une résolution plus élevée et une plus grande pénétration des tissus par rapport aux premiers et aux seconds [1]. Leur sensibilité à la dynamique de l’eau, un indicateur clé de la santé de la peau, les rend bien adaptés au sondage des tissus cutanés.

Des diagnostics cutanés précis reposent sur la caractérisation des paramètres cutanés, y compris des profils de permittivité complexes, à l’aide de modèles cutanés électromagnétiques (EM) pour interpréter les mesures [5] [6]. La peau est composée de trois couches principales (stratum corneum (SC), épiderme, derme) [2]. Récemment, un nouveau modèle est apparu introduisant la biréfringence dans le SC en raison de sa structure cellulaire en couches [2][3], améliorant la précision mais nécessitant des mesures plus complexes.

Ce nouveau modèle nécessite le développement de spectromètres capables d’imager les propriétés biréfringentes de la peau, optimisant ainsi l’extraction des données à partir des mesures. Avant l’imagerie in vivo, ces spectromètres nécessitent un réglage précis et des tests à l’aide de fantômes cutanés [4], qui sont des proxys fabriqués pour reproduire les propriétés de la peau. Ils offrent précision et réplicabilité.

Par conséquent, pour réaliser des diagnostics cutanés in vivo précis, il faut que les spectromètres capturent des données complexes tout en restant conviviaux. Cet effort implique des fantômes THz innovants servant de référence pour un nouveau spectromètre.

Les objectifs du projet LONGITUDE seront atteints grâce à la réalisation de lots de travaux transdisciplinaires : 1/fabriquer des fantômes de peau biréfringents, 2/les caractériser avec un nouveau spectromètre de fréquence et 3/cartographier les données de mesure à l’aide d’un modèle informatique réaliste.

Ce projet vise à apporter deux contributions significatives. Premièrement, il introduira une nouvelle méthode de fabrication de fantômes cutanés biréfringents réalistes, contribuant ainsi à l’étude des interactions ondes électromagnétiques-peau et transformant potentiellement les diagnostics liés à la peau. Deuxièmement, il établira un nouveau cadre informatique et expérimental pour la spectroscopie THz, améliorant ainsi la caractérisation des matériaux anisotropes.

La solution proposée répond aux limites de la détection rapide du cancer de la peau par imagerie de la peau in vivo. Le projet se concentre sur la caractérisation précise des propriétés de la peau via des fantômes cutanés reproductibles, ce qui sera bénéfique pour l’imagerie cutanée in vivo et les spectromètres médicaux compacts.

Le projet sera mené dans un environnement multidisciplinaire, offrant expertise et installations. Maïna Sinou, ingénieur de recherche à IMT Atlantique, supervise le prototypage des composants hyperfréquences et optiques. Son implication au sein d’ARAGO, permet d’accéder à des salles blanches spécialisées pour les technologies optiques et micro-ondes. Elle apportera son expertise en salle blanche, y compris le revêtement par centrifugation, la préparation des polymères et la microscopie, cruciales pour le Work Package 1. De plus, ce projet bénéficiera de l’aide de Camilla Kärnfelt, chercheuse au département Micro-ondes, spécialiste de la conception LTCC et de la sérigraphie, pour fabriquer des fantômes en couches.

Enfin, j’ai accès aux installations du laboratoire d’ondes millimétriques, qui dispose d’un spectromètre fonctionnant dans la gamme de fréquences 0,22-0,33 THz. J’ai déjà réalisé une caractérisation de pointe de fantômes cutanés dans cette gamme de fréquences spécifique. Ces experts et ces installations garantissent que le doctorant sera bien entouré pour mener à bien les objectifs du projet.