Aperçu

Dans un article récent, le magazine du MIT Technology Review a présenté l’imagerie moléculaire comme « l’une des technologies émergentes qui vont changer le monde ». Pour sa part, l’Institut national du cancer la classe parmi les six technologies qui offrent des perspectives extraordinaires de développement.

L’imagerie moléculaire fait partie intégrante de la plateforme technologique de ART et la base de son développement futur.
Déjà, les réussites de ART dans le développement de ses capacités d’imagerie moléculaire chez les petits animaux influencent aujourd’hui la recherche fondamentale et marquent la transition vers des applications en imagerie médicale chez l’humain, ce qui aura des répercussions considérables pour la radiologie à l’avenir.

La technologie d’imagerie optique du domaine temporel de ART est unique et assez puissante pour soutenir une multitude d’applications cliniques et pharmaceutiques. Cette plateforme technologique, sur laquelle repose deux de nos produits (SoftScan et Optix), offre des avantages inégalés au chapitre de l’imagerie des tissus biologiques, de même que la possibilité d’élargir les applications thérapeutiques, diagnostiques et cliniques.

 

Qu’est-ce que l’imagerie moléculaire?

Les expressions imagerie fonctionnelle et imagerie moléculaire ont été introduites pour décrire une nouvelle orientation au chapitre des méthodes d’imagerie. L’imagerie fonctionnelle se rapporte à la capacité d’étudier de manière non effractive les processus physiologiques, plus particulièrement le débit sanguin et le métabolisme cellulaire. L’imagerie moléculaire est une sous‑catégorie de l’imagerie fonctionnelle, et se rapporte à l’imagerie en temps réel de processus et de chemins ciblés dans les cellules et les tissus, au niveau moléculaire. La technologie d’imagerie optique du domaine temporel de ART entre dans ses deux catégories d’imagerie fonctionnelle et moléculaire.

La technique de l’imagerie moléculaire exige l’utilisation d’agents de contraste exogènes. Ces agents, appelés aussi sondes, sont en fait composés d’une molécule qui a été choisie pour cibler une molécule intrinsèque chez un spécimen vivant, et d’un marqueur, lequel permet de visualiser la molécule en question. Par exemple, il est possible de marquer les médicaments candidats et de suivre leur cheminement dans l’organisme dans le cadre d’études précliniques sur les petits animaux, de manière à déterminer à quelle vitesse et à quel endroit ils sont métabolisés. De tels renseignements fourniront aux chercheurs les premiers indicateurs qui leur permettront de déterminer les chances de succès des médicaments à l’étude plus tard au cours du processus de découverte, chez l’humain.

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Qu’est-ce que l’imagerie optique?

En tant que modalité émergente de l’imagerie moléculaire, les technologies d’imagerie optique analysent la propagation de particules légères (photons) à travers un médium comme les tissus. Elles reposent sur une radiation non ionisante, généralement produite par un laser de faible intensité, qui interagit avec le tissu afin d’émettre un signal qui sera capté par un détecteur de photons à grande sensibilité. Pour ce qui est de l’imagerie optique in vivo, l’observation du comportement des photons dans la région du proche infrarouge est favorisée en raison des propriétés d’absorption faible du tissu dans cette bande spectrale (habituellement, entre 650 et 1 100 nm), ce qui permet à la lumière de pénétrer de plusieurs centimètres à l’intérieur du tissu.

En imagerie optique, on utilise les marqueurs fluorescents pour produire des images dont la spécificité et le contraste moléculaires sont élevés.

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La technologie de l’imagerie optique du domaine temporel de ART : des avantages uniques

Les photons dans la zone du proche infrarouge qui voyagent dans les tissus biologiques sont hautement dispersés avant d’être entièrement absorbés par le tissu ou d’émerger à la surface là où on peut les détecter. Puisque les photons dispersés ne suivent pas un chemin précis, il est possible de les différencier statistiquement en observant le moment, suivant une impulsion laser ultracourte (la réponse temporelle), où ils émergent du médium de diffusion; c’est ce qu’on appelle l’imagerie optique du domaine temporel.

Dans la région du proche infrarouge, l’imagerie optique recueille des informations sur les composés naturels (chromophores), y compris le gras, l’eau, l’oxyhémoglobine et la désoxyhémoglobine. Ces deux formes d’hémoglobine sont des indicateurs de la perfusion des tissus et de l’état du métabolisme, et permettent de détecter la présence d’angiogenèse (formation de nouveaux vaisseaux sanguins). L’abondance ou l’absence d’angiogenèse est associée à de nombreuses maladies, comme le cancer et les maladies cardiaques. De plus, avec l’injection d’un composé fluorescent (fluorophore) au stade d’études précliniques, l’imagerie optique du domaine temporel permet le marquage précis de certains récepteurs, anticorps, gènes ou médicaments. Cette méthode permet donc de mesurer la biodistribution du composé et la pharmacocinétique, ce qui favorise une meilleure compréhension du mode de progression de la maladie et de l’efficacité des traitements.

Qui plus est, l’emploi des marqueurs fluorescents avec l’imagerie optique du domaine temporel permet de mesurer non seulement l’absorption et l’intensité de fluorescence, mais aussi la durée de vie de fluorescence. Ce nouveau paramètre d’imagerie permet de mesurer la durée moyenne d’émission d’une lumière d’une longueur d’onde d’un fluorophore lorsque celui-ci est excité par une autre longueur d’onde de lumière. Par exemple, il est possible de différencier deux ou plusieurs fluorophores dont les spectres d’émission se superposent, mais qui pourraient être séparés par contraste dans la durée de vie de fluorescence. Cela permettrait d’analyser des médicaments utilisés dans le cadre de polythérapies. On sait que les changements du temps de vie de fluorescence surviennent lorsque les niveaux d’oxygénation et de pH des tissus varient, ce qui fournit des informations physiologiques riches quant à l’environnement du tissu local.

En conclusion, la technologie d’imagerie optique du domaine temporel présente des avantages énormes pour l’imagerie des tissus biologiques :

  • Séparation des coefficients d’absorption et de diffusion dans les tissus : données précises sur la pharmacocinétique et la biodistribution des fluorophores et des chromophores.
  • Plus grande sensibilité en profondeur : distinction des photons à différentes profondeurs et à différentes concentrations.
  • Mesure de la durée de vie de la fluorescence : distinction entre divers matériaux fluorescents dans des modèles précliniques.

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La technologie de l’imagerie optique du domaine temporel de ART : comment cela fonctionne-t-il?

En mesurant la lumière (propriétés d’absorption et de diffusion) dans les régions du spectre visible et du proche infrarouge, l’imagerie optique du domaine temporel fournit une description détaillée des tissus biologiques. Cette observation permet de caractériser les maladies, comme le cancer du sein, et d’analyser l’évolution moléculaire des maladies.

  1. Un spécimen est placé dans l’appareil et analysé par balayage au moyen du faisceau d’un laser à impulsions contrôlé par ordinateur. Le laser, qui fonctionne dans la région du spectre visible et du proche infrarouge, est inoffensif pour les tissus.
  2. Un détecteur hautement sensible mesure la lumière qui traverse les tissus, ou qui est reflétée à partir d’un point précis, pendant un laps de temps donné.
  3. Au moyen d’algorithmes mathématiques complexes, un ordinateur convertit ces données en une image d’une grande sensibilité qui présente une richesse de détails en profondeur.

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Applications de la technologie de ART… aujourd’hui

L’imagerie moléculaire au service de la recherche de médicaments

En marquant une molécule cible, un anticorps, un gène ou une protéine, à l’aide d’agents fluorescents, les scientifiques peuvent visualiser un processus physiologique in vivo sur un animal de laboratoire. Par exemple, ils peuvent voir comment un nouveau médicament à l’essai est absorbé, distribué, métabolisé et excrété au niveau fonctionnel de même qu’au niveau moléculaire.

Par ailleurs, la technologie d’imagerie du domaine temporel de ART ne se limite pas à des données structurelles, comme c’est le cas avec d’autres techniques d’imagerie, comme les rayons X, l’examen IRM et la tomographie par ordinateur. La technologie permet de détecter in vivo les processus biologiques au niveau moléculaire, offrant plus rapidement des mesures quantifiables et sensibles sur la progression de la maladie et l’efficacité du traitement.

Dépistage du cancer du sein

À titre de complément à la mammographie, la technologie de ART permet aux professionnels de la santé de confirmer la présence d’une tumeur et aussi de distinguer si elle est maligne ou bénigne. Elle a donc le potentiel de réduire le nombre important de biopsies du sein effractives, et donc de diminuer la souffrance et l’anxiété que ressentent les femmes et leur famille.

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… et demain

Bien que les travaux actuels de développement de produits et le processus d’approbation réglementaire portent essentiellement sur le diagnostic des tumeurs malignes du sein au moyen de l’imagerie fonctionnelle, ceci n’est qu’un début.

Efficacité des médicaments chez l’humain

En alliant les capacités de l’imagerie optique du domaine temporel et celles de l’imagerie fonctionnelle, il est possible de contrôler l’efficacité des médicaments chez l’humain, ouvrant ainsi la porte à d’innombrables applications cliniques et de recherche.

Neurobiologie

La lumière dans le proche infrarouge qu’utilise la technologie d’imagerie de ART pénètre l’os en toute sécurité, ce qui en fait l’outil idéal pour l’étude non effractive du cerveau. En collaboration avec l’Hôpital général du Massachusetts, ART a mené une étude en recherche et développement sur le suivi des fonctions cérébrales, en particulier en ce qui a trait aux accidents vasculaires cérébraux, aux traumatismes crâniens, au cancer du cerveau et à la maladie d’Alzheimer.

Applications en surface

La même technologie que celle développée pour la détection du cancer du sein peut être adaptée pour détecter les anomalies et contrôler les progrès des traitements dans le pancréas et d’autres organes.

Applications endoscopiques

Les cancers de la prostate et de l’œsophage ainsi que d’autres maladies pourraient être diagnostiqués et traités plus facilement à l’aide d’endoscopes minimalement effractifs.

Applications agroalimentaires

La technologie de ART peut servir à détecter la présence de substances indésirables — comme les bactéries, les agents pathogènes ou les pesticides — dans les viandes, les fruits et légumes frais, et les aliments transformés. Elle peut faciliter le contrôle de la qualité, par exemple dans l’industrie des viandes, en mesurant avec précision le pourcentage de protéines, de graisse et d’eau.

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