Il existe de nombreuses modalités différentes qui peuvent être utilisées pour l’imagerie moléculaire non invasive. Chacune a ses propres forces et faiblesses et certaines sont plus aptes à imager plusieurs cibles que d’autres.
Imagerie par résonance magnétiqueEdit
L’IRM a l’avantage d’avoir une très haute résolution spatiale et est très adepte de l’imagerie morphologique et de l’imagerie fonctionnelle. L’IRM présente cependant plusieurs inconvénients. Tout d’abord, l’IRM a une sensibilité d’environ 10-3 mol/L à 10-5 mol/L, ce qui, comparé à d’autres types d’imagerie, peut être très limitant. Ce problème vient du fait que la différence entre les atomes dans l’état de haute énergie et dans l’état de basse énergie est très faible. Par exemple, à 1,5 Tesla, une intensité de champ typique pour l’IRM clinique, la différence entre les états de haute et de basse énergie est d’environ 9 molécules par 2 millions. Les améliorations visant à accroître la sensibilité de l’IRM comprennent l’augmentation de l’intensité du champ magnétique et l’hyperpolarisation par pompage optique, la polarisation nucléaire dynamique ou la polarisation induite par le parahydrogène. Il existe également une variété de schémas d’amplification du signal basés sur l’échange chimique qui augmentent la sensibilité.
Pour parvenir à l’imagerie moléculaire des biomarqueurs de maladies à l’aide de l’IRM, il faut des agents de contraste IRM ciblés avec une haute spécificité et une haute relaxivité (sensibilité). À ce jour, de nombreuses études ont été consacrées au développement d’agents de contraste IRM ciblés pour réaliser l’imagerie moléculaire par IRM. En général, des peptides, des anticorps, de petits ligands et de petits domaines protéiques, tels que les affibodies HER-2, ont été utilisés pour réaliser le ciblage. Pour améliorer la sensibilité des agents de contraste, ces entités de ciblage sont généralement liées à des agents de contraste IRM à charge utile élevée ou à des agents de contraste IRM à haute relaxivité. En particulier, le développement récent de particules d’oxyde de fer de taille micrométrique (MPIO) a permis d’atteindre des niveaux de sensibilité sans précédent pour détecter les protéines exprimées par les artères et les veines.
Imagerie optiqueModifier
Il existe un certain nombre d’approches utilisées pour l’imagerie optique. Les différentes méthodes dépendent de la fluorescence, de la bioluminescence, de l’absorption ou de la réflectance comme source de contraste.
L’attribut le plus précieux de l’imagerie optique est qu’elle et les ultrasons n’ont pas de fortes préoccupations de sécurité comme les autres modalités d’imagerie médicale.
L’inconvénient de l’imagerie optique est le manque de profondeur de pénétration, en particulier lorsqu’on travaille à des longueurs d’onde visibles. La profondeur de pénétration est liée à l’absorption et à la diffusion de la lumière, qui est principalement fonction de la longueur d’onde de la source d’excitation. La lumière est absorbée par les chromophores endogènes présents dans les tissus vivants (par exemple, l’hémoglobine, la mélanine et les lipides). En général, l’absorption et la diffusion de la lumière diminuent avec l’augmentation de la longueur d’onde. En dessous de ~700 nm (par exemple, les longueurs d’onde visibles), ces effets se traduisent par une faible profondeur de pénétration de quelques millimètres seulement. Ainsi, dans la région visible du spectre, seule une évaluation superficielle des caractéristiques des tissus est possible. Au-dessus de 900 nm, l’absorption de l’eau peut interférer avec le rapport signal/fond. Le coefficient d’absorption des tissus étant considérablement plus faible dans la région du proche infrarouge (NIR) (700-900 nm), la lumière peut pénétrer plus profondément, à des profondeurs de plusieurs centimètres.
Imagerie dans le proche infrarougeEdit
Les sondes et les étiquettes fluorescentes sont un outil important pour l’imagerie optique. Certains chercheurs ont appliqué l’imagerie NIR dans un modèle de rat d’infarctus aigu du myocarde (IAM), en utilisant une sonde peptidique qui peut se lier aux cellules apoptotiques et nécrotiques. Un certain nombre de fluorophores dans le proche infrarouge (NIR) ont été utilisés pour l’imagerie in vivo, notamment les colorants et conjugués Kodak X-SIGHT, le Pz 247, les fluorés DyLight 750 et 800, les fluorés Cy 5.5 et 7, les colorés Alexa Fluor 680 et 750, les fluorés IRDye 680 et 800CW. Les points quantiques, avec leur photostabilité et leurs émissions brillantes, ont suscité un grand intérêt ; cependant, leur taille empêche une clairance efficace des systèmes circulatoire et rénal tout en présentant une toxicité à long terme….
Plusieurs études ont démontré l’utilisation de sondes marquées par un colorant infrarouge en imagerie optique.
- Dans une comparaison de la scintigraphie gamma et de l’imagerie NIR, un cyclopentapeptide doublement marqué avec 111
In et un fluorophore NIR a été utilisé pour imager les xénogreffes de mélanome αvβ3-intégrine positives. - Le RGD marqué dans le proche infrarouge ciblant la αvβ3-intégrine a été utilisé dans de nombreuses études pour cibler une variété de cancers.
- Un fluorophore NIR a été conjugué au facteur de croissance épidermique (EGF) pour l’imagerie de la progression tumorale.
- Un fluorophore NIR a été comparé à Cy5.5, suggérant que les colorants de plus grande longueur d’onde peuvent produire des agents de ciblage plus efficaces pour l’imagerie optique.
- Le pamidronate a été marqué avec un fluorophore NIR et utilisé comme agent d’imagerie osseuse pour détecter l’activité ostéoblastique chez un animal vivant.
- Un GPI marqué par un fluorophore NIR, un inhibiteur puissant du PSMA (antigène membranaire spécifique de la prostate).
- Utilisation de l’albumine de sérum humain marquée par un fluorophore NIR comme agent de suivi pour la cartographie des ganglions lymphatiques sentinelles.
- 2-Désoxy-D-glucose marqué avec un fluorophore NIR.
Il est important de noter que l’ajout d’une sonde NIR à tout vecteur peut modifier la biocompatibilité et la biodistribution du vecteur. Par conséquent, on ne peut pas supposer sans équivoque que le vecteur conjugué se comportera de manière similaire à la forme native.
Tomographie informatisée à émission de photons uniquesModifier
Le développement de la tomographie assistée par ordinateur dans les années 1970 a permis de cartographier la distribution des radio-isotopes dans l’organe ou le tissu, et a conduit à la technique maintenant appelée tomographie par émission de photons uniques (TEMP).
L’agent d’imagerie utilisé dans la TEMP émet des rayons gamma, par opposition aux émetteurs de positrons (comme le 18
F) utilisés dans la TEP. Il existe une gamme de radiotraceurs (tels que 99m
Tc, 111
In, 123
I, 201
Tl) qui peuvent être utilisés, en fonction de l’application spécifique.
Le gaz xénon (133
Xe) est un de ces radiotraceurs. Il s’est avéré utile dans les études diagnostiques par inhalation pour l’évaluation de la fonction pulmonaire ; pour l’imagerie des poumons ; et peut également être utilisé pour évaluer la FBCR. La détection de ce gaz se fait par l’intermédiaire d’une gamma-caméra – qui est un détecteur à scintillation composé d’un collimateur, d’un cristal de NaI et d’un ensemble de tubes photomultiplicateurs.
En faisant tourner la gamma-caméra autour du patient, on peut obtenir une image tridimensionnelle de la distribution du radiotraceur en employant la rétroprojection filtrée ou d’autres techniques tomographiques.
Les radioisotopes utilisés dans la TEMP ont une demi-vie relativement longue (quelques heures à quelques jours), ce qui les rend faciles à produire et relativement bon marché. Les radio-isotopes utilisés dans la TEMP ont une demi-vie relativement longue (quelques heures à quelques jours), ce qui les rend faciles à produire et relativement bon marché. Cependant, elle n’a pas une bonne résolution spatiale (c’est-à-dire où se trouve exactement la particule) ou temporelle (c’est-à-dire si le signal de l’agent de contraste s’est produit à cette milliseconde ou à cette milliseconde). En outre, en raison de la radioactivité de l’agent de contraste, il existe des aspects de sécurité concernant l’administration de radio-isotopes au sujet, en particulier pour les études en série.
Tomographie par émission de positonsModifié
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La tomographie par émission de positons (TEP) est une technique d’imagerie de médecine nucléaire qui produit une image ou une photo tridimensionnelle des processus fonctionnels dans le corps. La théorie qui sous-tend la TEP est assez simple. Une molécule est d’abord marquée par un isotope émetteur de positrons. Ces positrons s’annihilent avec les électrons voisins, émettant deux photons de 511 keV, dirigés à 180 degrés dans des directions opposées. Ces photons sont ensuite détectés par le scanner, qui peut estimer la densité des annihilations de positrons dans une zone spécifique. Lorsque suffisamment d’interactions et d’annihilations se sont produites, la densité de la molécule d’origine peut être mesurée dans cette zone. Les isotopes typiques comprennent 11
C, 13
N, 15
O, 18
F, 64
Cu, 62
Cu, 124
I, 76
Br, 82
Rb, 89
Zr et 68
Ga, le 18
F étant le plus utilisé en clinique. L’un des principaux inconvénients de la TEP est que la plupart des sondes doivent être fabriquées avec un cyclotron. La plupart de ces sondes ont également une demi-vie mesurée en heures, ce qui oblige le cyclotron à être sur place. Ces facteurs peuvent rendre le coût de la TEP prohibitif. L’imagerie TEP présente cependant de nombreux avantages. Le premier et le plus important est sa sensibilité : un scanner TEP typique peut détecter des concentrations comprises entre 10-11 mol/L et 10-12 mol/L.