Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/06935.jsonl.gz/929

Une nouvelle discipline : l'imagerie moléculaire
Le traitement des maladies cardiovasculaires s'apprête à vivre une révolution avec l'avènement des thérapies géniques et cellulaires.1 La recherche expérimentale a déjà apporté des résultats prometteurs. Cependant, la démonstration convaincante de l'efficacité de telles approches chez les patients reste une entreprise méticuleuse et lente.2 Afin d'accélérer la validation de ces nouveaux traitements, un effort intense a été fourni en vue d'améliorer l'évaluation de la réponse thérapeutique par une adaptation des outils existants. Ainsi est née une nouvelle discipline : l'imagerie moléculaire définie comme la visualisation in vivo, la caractérisation et la mesure de processus biologiques à l'échelle cellulaire et moléculaire.3 Cette imagerie in vivo et non invasive s'intéresse en premier lieu à la visualisation de la liaison d'une sonde moléculaire démontrant une forte affinité pour une cible.4,5 Mais il existe également d'importants développements des approches indirectes consistant à imager in vivo les répercussions fonctionnelles ou morphologiques d'un mécanisme moléculaire ou d'une thérapie cellulaire.
Principales modalités en imagerie moléculaire
Les principales techniques utilisées en imagerie moléculaire in vivo sont résumées dans le tableau 1. L'imagerie optique utilise diverses propriétés liées à la lumière (fluorescence, absorption ou bioluminescence). En raison d'une pénétration réduite à l'intérieur des tissus, l'imagerie optique reste pour l'instant confinée aux études expérimentales sur l'animal. La tomographie à rayons X est limitée par l'absence de sonde spécifique d'un processus moléculaire ou d'un type de cellule. L'imagerie isotopique comme la tomographie par émission de positrons (PET) présente des avantages indéniables en termes de spécificité et de sensibilité mais également une certaine faiblesse en termes de résolution spatiale. Le potentiel d'investigation de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) au niveau moléculaire est bien connu. L'activité métabolique des cancers de la prostate peut être mesurée chez des patients par spectroscopie par RM grâce à un abaissement du citrate et une élévation de la choline.6 L'IRM présente l'avantage d'une bonne couverture et résolution spatiale ainsi que d'une grande spécificité grâce à l'important développement en cours dans le domaine des produits de contraste.7 Le PET et l'IRM possèdent le plus grand potentiel de transfert des méthodes expérimentales d'imagerie moléculaire aux applications cliniques.
Cette revue s'intéresse au rôle actuel et futur de l'IRM dans l'imagerie moléculaire et cellulaire cardiaque. L'IRM intervient à deux niveaux :
d'une part, elle permet de détecter avec une grande précision les répercussions sur la morphologie et la fonction cardiaque d'un processus moléculaire ou d'une thérapie génique ou cellulaire. Les protocoles concernés sont alors très proches de ceux utilisés en routine clinique pour la mesure de la contraction et de la perfusion cardiaque ainsi que la mesure de la viabilité.
D'autre part, l'IRM permet également de mesurer directement des processus moléculaires ou cellulaires grâce à des stratégies d'amplification du signal. Ces techniques qui sont pour l'instant limitées au domaine de la recherche s'appuient sur le développement de nouveaux produits de contraste possédant une haute spécificité et sur le marquage cellulaire.
L'IRM permet la mesure non invasive de la contraction et de la perfusion cardiaques, de la taille d'un infarctus et de la viabilité myocardique avec une précision qui surpasse la plupart des autres techniques d'imagerie. Ces protocoles disponibles en routine clinique sont également utilisés couramment en imagerie moléculaire.
Mesure de la contraction cardiaque en IRM
Ciné IRM
La mesure de la contraction cardiaque en IRM repose sur la technique de ciné IRM. Grâce à la synchronisation de l'IRM à l'ECG, une vue du cur peut être obtenue à chaque moment du cycle cardiaque. Typiquement, en une apnée, il est possible d'obtenir une image à 20 ou 25 phases du cycle cardiaque pour une position donnée. Un exemple de ciné IRM est présenté dans la figure 1. La technique de ciné IRM permet la mesure de la fonction globale du cur par le calcul de la fraction d'éjection avec une haute précision8 et également une analyse de la contraction régionale. La fonction régionale est habituellement obtenue par une analyse visuelle des mouvements du myocarde. Une analyse quantitative peut aussi être effectuée en utilisant des index tels que l'épaisseur ou l'épaississement de la paroi myocardique comme cela a été bien montré chez des patients après revascularisation myocardique9 ou présentant une suspicion de maladie coronarienne.10 Grâce à l'utilisation de plans de coupe standardisés et aisément reproductibles, le ciné IRM est considéré comme supérieur à l'échocardiographie en termes de précision10 et est utilisé couramment en routine clinique.
Cependant, le ciné IRM ne permet pas une analyse de la contraction à l'échelle sous-endocardique ou sous-épicardique. Ces difficultés peuvent être résolues par les techniques de tag-IRM.
Tag-IRM
Il est possible de marquer le tissu myocardique pour mieux étudier son déplacement. Ce principe est à la base de la technique de «Tag-IRM» aussi appelée imagerie des contraintes myocardiques. Le marquage du myocarde (ou «tag») est obtenu en saturant les protons du myocarde dans des plans perpendiculaires à la coupe imagée afin qu'ils ne donnent plus de signal IRM. Cette saturation physique du tissu appliquée en début de cycle cardiaque génère des lignes noires dans l'image qui peuvent être disposées en parallèle ou selon un motif en grille. Le déplacement de ces lignes au cours du cycle cardiaque est un reflet précis du déplacement du myocarde comme cela est visible sur la figure 2. L'analyse du mouvement des lignes de la région sous-endocardique permet de mesurer la contraction localisée à cette région. A partir du déplacement des lignes, les contraintes circonférentielles et radiales ainsi que l'angle de torsion peuvent être calculés. Cette méthode de Tag-IRM a démontré la présence du gradient de contraction existant entre les régions sous-épicardiques et sous-endocardiques et également la différence de contraction entre l'apex et la base du cur. Cette technique, qui peut être étendue à l'analyse 3D de la fonction du cur, est utilisée surtout par les centres de recherche lorsqu'une mesure quantitative précise de la fonction myocardique est souhaitée. Elle a l'inconvénient de nécessiter un temps d'analyse relativement long et complexe mais présente une nette supériorité par rapport à l'analyse transmurale de l'épaississement de la paroi myocardique effectuée en ciné IRM.11 Elle a déjà permis en clinique de démontrer l'effet d'un infarctus myocardique aigu sur la fonction cardiaque12,13 et d'étudier la viabilité myocardique.14 A l'aide de systèmes IRM à haut champ dédiés aux petits animaux, cette méthode de mesure des contraintes a pu quantifier précisément le trouble de contraction secondaire à un infarctus chez la souris.15 Ceci ouvre le champ à un vaste domaine d'investigation de la fonction cardiaque chez les souris transgéniques et «knock-out».
Mesure de la perfusion cardiaque en IRM
Ces dernières années, l'IRM s'est imposée comme la méthode non invasive de choix pour la mesure quantitative des flux et de la perfusion tissulaire comme cela a été particulièrement bien démontré au niveau du cerveau. Le cur n'échappe pas à cette règle. Le principe de la mesure repose sur l'imagerie rapide du cur (4 à 8 coupes/cycle cardiaque) durant l'injection intraveineuse d'un produit de contraste (chélate de gadolinium) comme cela est montré sur la figure 3. L'analyse du signal au cours du temps permet l'obtention de courbes de transit pour chaque région du myocarde. Après calibration du signal IRM, des modèles quantitatifs permettent d'extraire des paramètres physiologiques tels que la perfusion tissulaire et le volume de distribution du produit de contraste (correspondant au volume interstitiel ou intravasculaire selon le type de chélate utilisé pour le produit de contraste).16
Cette technique en plein essor a été utilisée avec succès pour détecter des ischémies et mesurer la réserve de perfusion myocardique.17 Après une angioplastie réussie dans le cadre d'un infarctus aigu, une diminution résiduelle de la microvascularisation tissulaire du myocarde évaluée par IRM est associée à une moins bonne récupération de la fonction systolique à trois mois.18 Cette méthode semble donc très prometteuse pour mesurer la néo-angiogenèse induite par les nouvelles thérapies cellulaires ou géniques des maladies cardiovasculaires.19 Elle devrait jouer un rôle de plus en plus important dans les années à venir en recherche et en clinique.
Mesure de la taille d'un infarctus et de la viabilité en IRM
Récemment, une nouvelle application des produits de contraste a été validée en IRM pour la mesure de la taille d'un infarctus et de la viabilité. Il s'agit de l'imagerie de rehaussement tardif dont le contraste est généré par la différence de cinétique de lavage du produit de contraste entre les régions saines et les régions pathologiques. Alors que l'imagerie de perfusion est surtout sensible à l'arrivée du produit de contraste dans le tissu, l'imagerie de rehaussement tardif caractérise la sortie du produit de contraste d'une région suite à son élimination de la circulation sanguine par les reins. Typiquement, l'imagerie de rehaussement tardif est obtenue 10 à 15 minutes après l'injection avec une séquence très sensible aux différences de concentration du produit de contraste. Par rapport à l'imagerie de perfusion, la résolution spatiale est augmentée au détriment de la résolution temporale (un seul moment du cycle cardiaque imagé).
La sémiologie radiologique de l'imagerie de rehaussement est la suivante : le myocarde normal apparaît hypointense alors que des zones d'infarctus récents présentent un hypersignal car le produit de contraste s'accumule dans les cellules infarcies dont la membrane est lésée comme cela est illustré sur la figure 4. Le produit de contraste s'accumule également dans les zones d'infarctus anciens contenant de la fibrose. Dans les zones fibrotiques, une modification de l'espace interstitiel induit un lavage plus lent du produit de contraste. Les infarctus chroniques avec cicatrice fibreuse apparaissent donc également hyperintenses par rapport au myocarde normal. Cette technique est très utile pour préciser la localisation d'un infarctus et pour en quantifier la taille et l'extension transmurale grâce à sa haute résolution spatiale (en dessous du millimètre). De plus, en cas de troubles de la contraction régionale (détectés lors du ciné IRM), une absence de rehaussement tardif traduit une viabilité myocardique conservée, à la différence d'une zone qui présente une hyperintensité.20,21
Produits de contraste spécifiques
L'imagerie moléculaire bénéficie également d'importants progrès concernant les produits de contraste utilisés en IRM. Traditionnellement, la plupart des produits de contraste utilisés couramment en clinique après une injection intraveineuse quitte l'espace intravasculaire et se distribue dans l'espace interstitiel sans entrer dans les cellules. Ils présentent le même comportement que les produits de contraste iodés utilisés en tomographie par rayons X. Depuis une dizaine d'années sont apparus en routine clinique des produits de contraste ayant une distribution intracellulaire spécifique pour certains types de cellules en atteignant des concentrations détectables in vivo chez des patients. Ainsi, une modification du chélate enrobant l'ion de gadolinium permet une entrée du produit de contraste dans les hépatocytes à travers un transporteur membranaire.22 Pour le cur, les chélates à base de manganèse (comme le Mn-DPDP) sont particulièrement intéressants puisque le manganèse est un analogue du calcium pouvant entrer dans des cellules excitables, que ces produits induisent une forte modification du contraste T1 et que leur usage est autorisé chez les patients.23 Il a été récemment démontré que l'on pouvait détecter en IRM une accumulation de manganèse dans le myocarde normal mais pas dans le myocarde infarci.24 Des études cliniques sur des patients sont en cours de même que le développement de produits de contraste dérivés du manganèse aux propriétés améliorées.25 Une autre classe de produits de contraste est constituée par les particules de fer superparamagnétiques (super paramagnetic iron oxide, SPIO) qui sont captées par les macrophages et les cellules du système réticulo-endothélial. Ce type de produit est utilisé cliniquement pour la détection et la caractérisation de lésions hépatiques en fonction de la présence ou l'absence de cellules de Kupffer et également pour la détection d'une invasion métastatique de ganglions lymphatiques.26 Cependant, cet effet est peu marqué au niveau du cur et n'a pas trouvé d'indication dans l'évaluation des infarctus myocardiques.27 L'emploi principal de ces produits de contraste à base d'oxydes de fer réside dans la possibilité de marquage cellulaire comme cela est discuté plus loin.
Un champ d'investigation très intense en imagerie moléculaire concerne le développement de nouveaux produits de contraste IRM spécifiques. Ils peuvent soit fonctionner comme une sonde ciblée avec une très grande affinité pour un ligand ou être activables par une modification de leurs propriétés magnétiques telles que l'interaction avec un enzyme, la liaison avec une molécule ou suite à une internalisation intracellulaire.28 La difficulté de ce type d'approche est d'obtenir une concentration locale du produit de contraste suffisante pour pouvoir être détectée in vivo. Pour les sondes ciblées, un produit de contraste est couplé à un ligand démontrant une forte affinité pour une cible spécifique. Ainsi, des anticorps spécifiques pour la protéine endothéliale integrin aVß3 ont été couplés à une préparation de liposomes contenant des particules de fer. Cette sonde IRM a permis de mettre en évidence la néo-angiogenèse associée à un carcinome chez le lapin.29 L'IRM a aussi été utilisée pour détecter l'expression de protéines spécifiques de l'endothélium comme la E-selectine30 ou de marqueurs tumoraux spécifiques tels que des récepteurs ou des produits d'expression de transgènes.31 Les sondes activables représentent une autre classe de produits de contraste IRM avec une haute spécificité. Il est possible de construire un produit de contraste de telle sorte que l'accès des molécules H2O à la sphère d'influence du gadolinium (l'ion paramagnétique générant une modification de contraste IRM) soit limité par un substrat qui peut être enlevé par un enzyme. Ainsi, l'efficacité d'un tel produit de contraste IRM a été déjà démontrée in vivo avec un agent sensible à l'action de la galactosidase.32 Ce type de recherche ouvre des perspectives étonnantes pour le développement de produits de contraste IRM fonctionnant comme rapporteur de l'expression génique et va avoir des applications importantes dans l'évaluation des thérapies géniques des maladies cardiovasculaires dans les années à venir.
Marquages cellulaires
Les méthodes actuelles en cas de lésions cardiaques importantes ne proposent guère que la transplantation comme ultime remède. C'est pourquoi, la possibilité de régénérer le myocarde endommagé par l'injection de nouvelles cellules ouvre des perspectives thérapeutiques considérables. Partout dans le monde, les scientifiques placent leurs espoirs dans la capacité de réparation de curs malades que promettent les cellules souches. Ces cellules souches, soit d'origine embryonnaire ou adulte, possèdent, à des degrés différents, la faculté de se diviser et de se diversifier pour devenir des cellules hautement spécialisées telles que celles du foie, de l'os, du cerveau et du cur. Chez la souris par exemple, plusieurs études ont montré que des cardiomyocytes développés à partir de cellules souches embryonnaires murines sont capables de coloniser le tissu cardiaque endommagé par une maladie.33 Bien que encore controversée quant à ses résultats, l'utilisation de cellules souches adultes autologues dérivées de la moelle osseuse pour la réparation cardiaque a déjà franchi le pas de l'expérimentation humaine. La possibilité de suivre par IRM le devenir des cellules implantées ainsi que leur effet sur la fonction cardiaque est donc d'importance majeure. L'analyse non invasive permettant de prouver l'implantation correcte des nouvelles cellules ainsi que leurs effets thérapeutiques est clairement déterminante. En imagerie cardiaque, la recherche actuelle s'oriente vers le marquage cellulaire à l'aide de particules de fer visibles en IRM. Le principe de cette méthode est le suivant : les cellules que l'on désire marquer sont chargées in vitro avec un produit de contraste à base d'oxyde de fer puis injectées ou déposées dans l'organisme.34 Les particules d'oxyde de fer concentrées dans les cellules marquées vont perturber fortement l'homogénéité du champ magnétique local et induire une forte chute de signal permettant la détection de ces cellules in vivo. Une propriété intéressante de ces particules d'oxyde de fer réside dans la portée de leur effet qui dépasse largement le diamètre d'une cellule. Ceci réalise un mécanisme très efficace d'amplification du seuil de détection du produit de contraste. Le nombre minimal de cellules pouvant être détecté par imagerie dépend du type de cellule, de l'organe où elles se trouvent et de l'appareil IRM utilisé. Avec les IRM dédiées pour les petits animaux, il est possible de détecter l'effet d'une seule cellule marquée.35 Cependant pour une visualisation in vivo dans des conditions comparables à celles rencontrées chez les patients, un plus grand nombre de cellules est requis.36 Cette technique est particulièrement prometteuse pour la mise au point et le suivi des thérapies cellulaires appliquées au cur comme le démontrent les premiers résultats expérimentaux.37
L'imagerie moléculaire est une nouvelle discipline orientée vers la visualisation in vivo de processus moléculaires et cellulaires qui bénéficie largement de l'apport de l'IRM. Pour les maladies cardiovasculaires, l'IRM fournit une évaluation précise de l'effet des thérapies géniques ou cellulaires par la mesure de la contraction, de la perfusion et de la viabilité myocardiques. Avec le développement de nouveaux produits de contraste spécifiques utilisés en recherche, l'IRM permet également de visualiser de plus en plus les processus moléculaires ou cellulaires. L'IRM confirme donc son potentiel indéniable pour la recherche et la pratique clinique appliquée aux maladies cardiovasculaires. W