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Les cellules endothéliales, de par leur localisation à la face interne des vaisseaux sanguins, forment une barrière entre les cellules sanguines circulantes et l'espace extracellulaire. Chez un adulte de taille moyenne (une personne de 70 kg), l'endothélium recouvre une surface d'environ 700 m2 et pèse entre 1 et 1,5 kg. Ce contact direct entre le sang et les cellules endothéliales est un avantage majeur. En effet, une simple injection intraveineuse permet la mise en contact directe du composé injecté (produit de contraste ou médicament) avec les cellules endothéliales. Ainsi, l'injection de grosses molécules devient possible, car celles-ci n'ont plus besoin d'être extravasées pour atteindre leur lieu d'action, mécanisme pouvant être limité par la barrière hématique, pour de grosses molécules. La réalisation d'imagerie de type moléculaire implique l'existence d'une cible moléculaire à la surface des cellules endothéliales, c'est-à-dire l'existence d'une protéine de surface pouvant être reconnue spécifiquement par la molécule injectée. L'idéal serait de posséder un marqueur moléculaire régulé positivement lors de certains processus pathologiques et peu ou pas exprimé par l'endothélium des vaisseaux normaux. Ces cibles moléculaires existent et sont connues sous le nom de sélectine E et d'intégrine anb3. Ces deux marqueurs moléculaires sont exprimés à la surface de l'endothélium des néo-vaisseaux1 ou de vaisseaux impliqués dans une réaction inflammatoire,2 mais ne sont pas exprimés par l'endothélium des vaisseaux normaux. Ainsi, le fait de pouvoir cibler les cellules endothéliales activées nous ouvre de nouvelles portes aussi bien dans le domaine du traitement que dans le domaine de l'imagerie. Une néo-angiogenèse précoce est une condition sine qua non pour qu'une métastase puisse atteindre un volume de plus de 2-3 mm3. Ces néovaisseaux expriment très rapidement des sélectines E et/ou des intégrines anb3 à leur surface. Ainsi, le fait de coupler un agent chimiothérapeutique à une molécule reconnaissant spécifiquement un de ces marqueurs de surface permettrait de traiter spécifiquement des micro-métastases, alors que celles-ci ne sont pas encore visibles en imagerie conventionnelle. Dès lors, l'imagerie moléculaire devient un outil indispensable si nous voulons monitorer ces nouveaux types de traitement.
Les sélectines E sont donc des molécules inductibles, appartenant à la famille des molécules d'adhésion (cell adhesion molecules = CAM) de type lectine C. Leur rôle principal est d'initier les phénomènes d'adhésion des neutrophiles lors de l'inflammation aiguë facilitant ainsi leur diapédèse. Les sélectines de la cellule endothéliale reconnaissent des glycoprotéines ou des glycolipides situés sur la surface des neutrophiles. L'épitope minimum reconnu par les sélectines E est le tétra-saccharide sialyl Lewis X (sLex) et son stéréo-isomère sLea. De manière intéressante, les cellules de l'adénocarcinome du côlon expriment sLea et peuvent donc se lier aux sélectines des cellules endothéliales, ce qui pourrait faciliter la dissémination métastatique de cette tumeur.
L'expression des sélectines E peut aussi être induite par le tumor necrosis factor a, l'interleukine 1b et par les lipopolysaccharides. L'expression des sélectines est ainsi augmentée lorsque l'on cultive des cellules endothéliales avec une ou plusieurs de ces substances.
L'importance clinique des sélectines E est due au fait que ces molécules de surface sont impliquées dans de nombreuses pathologies telles que la formation de plaques d'athérosclérose, les arthrites, ainsi que dans l'adhésion des cellules tumorales à l'endothélium.3
L'imagerie des sélectines E
En médecine nucléaire, de nombreux agents marqués avec du 99mTc sont actuellement en développement pour imager les cellules endothéliales. Il s'agit le plus souvent d'anticorps monoclonaux ou de peptides spécifiques qui reconnaissent les sélectines E. De nombreuses études ont déjà montré la faisabilité d'imager l'endothélium activé à l'aide de ces marqueurs moléculaires spécifiques pour les sélectines E.
L'imagerie par résonance magnétique
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une autre technique qui permet d'imager l'expression des sélectines E à la surface des cellules endothéliales activées. Dans l'étude publiée par Kang et coll., un anticorps anti-sélectine E couplé à des nanoparticules de fer a été utilisé pour imager des cultures de cellules endothéliales activées.4 La recherche en imagerie moléculaire développe actuellement des produits de contraste à base de fer couplés à de petits peptides ou à des anticorps, permettant ainsi de cibler un processus pathologique. L'utilisation de fer semble être supérieure à celle du gadolinium, car la détection de fer en IRM est très sensible sur des séquences pondérées en T2 par la chute de signal que le fer induit. L'utilisation d'oxyde de fer (Cross-linked iron oxide = CLIO) couplé à un peptide reconnaissant les sélectines E semble donc être une approche prometteuse. Nous utilisons un modèle expérimental basé sur l'implantation sous-cutanée de tumeurs chez des souris nues (fig. 1). L'implantation sous-cutanée de tumeur se fait sous anesthésie générale et consiste en l'administration de 500 000 cellules 9L (gliome) transfectées avec le gène exprimant la protéine GFP. Cette protéine permet l'acquisition d'images en fluorescence directement sur la tumeur (fig. 1B). Ces images acquises en fluorescence permettent une bonne appréciation des limites de la tumeur, ainsi que la mise en évidence de vaisseaux nourriciers. L'imagerie par résonance magnétique se fait sur une machine 4.7 tesla (haut champ magnétique) dédiée pour les petits animaux et consiste en l'acquisition de séquences pondérées en T2 avant (fig. 1C) et après (fig. 1D) injection du produit de contraste spécifique pour les sélectines E. L'acquisition des images post-injection se fait à 20 minutes, permettant ainsi le lavage du produit de contraste non fixé aux cellules endothéliales. Alors que l'analyse qualitative visuelle des images pondérées en T2 ne montre pas de différences majeures entre les images réalisées avant et après injection du produit de contraste, la réalisation de cartes paramétriques basées sur le calcul du temps de relaxation T2 démontre clairement une diminution de ces temps de relaxation, ceux-ci passant de 87,2 ms à 77,6 ms après l'injection du produit de contraste spécifique pour les sélectines E. Cette diminution des temps de relaxation T2 atteste de la présence de fer dans les tumeurs, donc de la présence de produit de contraste à l'endroit souhaité.
Un autre type de molécule est une cible potentielle des cellules endothéliales : les intégrines anb3. Les protéines anb3 appartiennent à la famille des intégrines et sont des molécules de surface qui servent de médiateurs dans les contacts entre cellules et matrice extracellulaire. Ces molécules jouent un rôle prépondérant dans les processus de néo-angiogenèse, en fournissant un signal de survie aux cellules endothéliales directement à partir de la matrice extracellulaire.
L'angiogenèse est un processus normal que l'on observe lors :
1. de l'implantation du trophoblaste ;
2. du développement d'un embryon ou
3. de la cicatrisation.
Il a été démontré dans un modèle animal que les sélectines anb3 sont exprimées transitoirement lors de la formation du tissu de granulation. Au contraire, une néovascularisation non contrôlée joue un rôle important dans de nombreux processus pathologiques, comme dans la rétinopathie proliférative, l'ostéoporose et la dissémination métastatique des tumeurs malignes.5 De nombreuses tumeurs expriment ces intégrines comme l'ostéosarcome, le neuroblastome, le cancer du poumon, du sein et de la prostate. Un simple peptide contenant la séquence Arg-Gly-Asp (RGD) est suffisant pour cibler spécifiquement les intégrines anb3.
L'imagerie des intégrines anb3
En médecine nucléaire, il a été démontré que l'utilisation de peptides RGD, couplés à du 18F-glucose, permet l'imagerie par PET de l'expression des sélectines anb3 dans des modèles tumoraux.6 Par contre, d'autres études basées sur le marquage radioactif des RGD n'ont démontré qu'un intérêt limité dû à un faible signal sur bruit. En effet, il n'existe qu'un nombre restreint d'intégrines par cellule endothéliale. La mise en évidence de ces molécules requiert donc des moyens d'imagerie à haute résolution spatiale et sensible à la présence de produit de contraste, l'IRM semblant donc être un candidat de choix.
Cette technique d'imagerie a ainsi été utilisée pour la mise en évidence des sélectines anb3. Il a récemment été démontré que des systèmes cliniques (1.5 tesla) ont la capacité intrinsèque de mettre en évidence ces processus pathologiques.7
L'idée de cibler les cellules endothéliales des néovaisseaux plutôt que les cellules tumorales elles-mêmes remonte à 1990 et est due à Denekamp.8 Ainsi, l'administration d'agents anti-angiogéniques initie la formation d'un micro-thrombus et entraîne la mort des cellules tumorales vascularisées par ce vaisseau. L'intérêt d'un tel traitement est que les cellules endothéliales, étant des cellules non tumorales, sont moins susceptibles de devenir résistantes au traitement, ce qui est un avantage majeur. Il est donc indispensable de disposer de moyens d'imagerie pour suivre ce nouveau type de traitement.
L'imagerie moléculaire est probablement l'une des techniques les plus prometteuses et son utilisation constitue une prochaine évolution majeure dans la prise en charge des patients. Jusqu'à présent, l'imagerie ne pouvait détecter que des ruptures d'architectures au sein d'un tissu et ne pouvait mettre en évidence que des changements macroscopiques, changements arrivant donc tardivement dans l'évolution de la maladie. L'imagerie moléculaire va permettre un diagnostic très précoce, car basée sur l'expression de gènes et non plus sur des changements macroscopiques.
Le développement de nouveaux produits de contraste possédant une spécificité de liaison à un récepteur particulier fait partie des efforts principaux actuellement mis en uvre pour acquérir des produits de contraste spécifiques à une classe de pathologie. Une de ces approches possibles est l'utilisation de produit de contraste dirigé contre une protéine de surface régulée positivement par un certain type de cellule ou lors de certaines conditions. W