Approche plus sûre pour l'imagerie médicale de diagnostic

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L'imagerie médicale est à la pointe de diagnostic aujourd'hui, avec des techniques d'imagerie comme l'IRM (imagerie par résonance magnétique), CT (tomographie assistée par ordinateur), la numérisation, et la RMN (résonance magnétique nucléaire) de plus en plus forte au cours des deux dernières décennies. Cependant, des problèmes persistants de résolution et qualité d'image limitent encore ces techniques en raison de la nature du tissu vivant. Une solution est hyperpolarisation, qui consiste à injecter au patient des substances qui peuvent augmenter la qualité de l'imagerie en suivant la distribution et le devenir de molécules spécifiques dans le corps, mais qui peut être dangereux ou potentiellement toxique pour le patient. Une équipe de scientifiques de l'EPFL, le CNRS, l'ENS et CPE Lyon et de l'ETH Zürich a développé une nouvelle génération d'agents d'hyperpolarisation qui peuvent être utilisés pour améliorer considérablement l'intensité du signal des tissus du corps imagées sans présenter aucun danger pour le patient. Leurs travaux sont publiés dans la revue PNAS.

Approche plus sûre pour l'imagerie médicale de diagnostic

Lyndon Emsley avec certains des chercheurs de l'étude.

Crédit: © 2014 Alain Herzog / EPFL

L'équipe de scientifiques coordonnés par Lyndon Emsley - qui est actuellement professeur à l'EPFL et l'ENS Lyon - a développé une nouvelle génération d'agents hyperpolarisants à la fois efficaces et sans danger pour le patient. Les substances, appelées Hypsos, ont été développés par les équipes de Christophe COPERET de l'ETH Zurich et Chloé Thieuleux à CPE-Lyon. Le Hypsos venir sous la forme d'une poudre blanche, poreuse fine qui contient les molécules «de suivi» pour être hyperpolarisé. La poudre HYPSO est constitué de silice mésoporeuse (dioxyde de silicium), qui est le composant principal du sable et est couramment utilisé dans la nanotechnologie.

La poudre de silice utilisée pour la Hypsos est constitué de particules, contenant des canaux de pores. Il a été conçu de manière à ce que la surface de chaque canal de pore peut être uniformément recouvert de molécules appelées «radicaux organiques». Les radicaux sont distribuées de manière homogène, et sont capables d'induire une polarisation autour d'eux. "Contrôle de la distribution radicale était un« tour de force »jamais atteint dans le passé, qui a fait la matériaux HYPSO idéal pour cette application», explique Christophe COPERET. Les canaux de pores sont ensuite remplis avec une solution de molécules de «suivi» pour être hyperpolarisé, qui agissent comme des marqueurs pour la formation d'image - par exemple, le pyruvate, ce qui est important dans la production d'énergie dans les cellules.

Utilisation de nouveaux instruments et méthodes développés par Sami Jannin à l'EPFL, l'échantillon est HYPSO hyperpolarisé avec micro-ondes dans un champ magnétique à très basse température. Les moments magnétiques des atomes sont contraints d'aligner par un processus appelé «polarisation nucléaire dynamique," qui transfère l'énergie de spin des radicaux libres de les électrons aux marqueurs de les noyaux. Le magnétisme de spin électronique de l'agent d'hyperpolarisation agit sur la molécule de marquage, d'alignement, ou "polarisation", les noyaux de ses atomes.

L'eau chaude est ensuite utilisé pour faire fondre et rincer le substrat de la poudre. Parce que de l'équipement et des conditions nécessaires, le processus se déroule généralement dans une pièce adjacente à l'installation d'imagerie. Le substrat est alors prêt à être injecté à travers un long tube dans le patient à l'intérieur du dispositif d'imagerie médicale. L'ensemble du processus ne dure environ dix secondes.

Deux des analyses sont effectuées, l'une avec et l'autre sans l'agent hyperpolarisé. Lorsque les deux images sont comparées, il est possible d'observer la répartition du marqueur hyperpolarisé dans le corps du patient, ce qui, en fonction du contexte médical, peut être indicatif de la maladie. Par exemple, l'accumulation de pyruvate dans la prostate pourrait être une indication précoce du cancer de la prostate.

Les chercheurs ont testé l'efficacité de la méthode Hypsos sur plusieurs marqueurs d'imagerie, y compris le pyruvate, l'acétate, le fumarate, l'eau pure, et un peptide simple. Parce que le Hypsos est physiquement retenu lors de la dissolution, la technique donne des solutions pures de marqueurs hyperpolarisés, libre de tout contaminant. Le protocole est donc plus simple et potentiellement plus sûr pour le patient, tandis que son efficacité dramatique sur la qualité du signal prévoit l'utilisation de cette nouvelle génération d'agents hyperpolarisés avec un large éventail de molécules. Comme Sami Jannin souligne: "Nous avons maintenant reçu des requêtes de scientifiques de l'étranger qui sont désireux de renforcer leur recherche avec cette nouvelle technologie, entre autres plans, nous sommes très heureux de tester ces matériaux in vivo.."