Diapostives présentées

Contribution de l’imagerie aux études de reproduction et de
développement chez le rat et le lapin
Stéphanie Lerondel, Guillaume Réveillon, Alain Le Pape
(Centre d’Imagerie du Petit Animal CIPA-TAAM UPS44, CNRS Orléans)
Paul Barrow
(RICERCA, Lyon)
Contexte scientifique général
Imagerie = Outil incontournable pour la recherche biologique et
médicale
Ressource stratégique pour le dvpt des médicaments, approche
translationnelle
Centre d’Imagerie du Petit Animal (CIPA)
TAAM UPS44 – CNRS Orléans
Plateforme Nationale INTRAGENE (IBiSA/ex-RIO) – TGIR CELPHEDIA
Le CIPA, de l’UPS44 TAAM (Institut de Transgénose Orléans) a pour missions d ’assurer les besoins de la communauté
scientifique pour le phénotypage et l ’exploration fonctionnelle de rongeurs sous statut sanitaire contrôlé (animaux
transgéniques ou mutants, infectiologie, inflammation, thérapie génique, cancérologie). Il est certifié ISO 9001: 2000
depuis janvier 2008. Les modalités d ’imagerie in vivo proposées comprennent : la radiologie X à haute résolution 2D et 3D
(scanner), l ’imagerie radioisotopique (scintigraphie, TEMP et TEP) et l’imagerie photonique par bioluminescence et
fluorescence infrarouge.
Service d’Imagerie 3D Multimodalités
Service d’Imagerie 2D
Tomodensitométrie X (scanner)
Imagerie fonctionnelle 2D sous statut sanitaire contrôlé
Tomographie d’Emission MonoPhotonique
Radiologie X, scintigraphie, bioluminescence
Tomographie par Emission de Positons
Fluorescence infra-rouge, bioluminescence
Imagerie radiologique
du tube digestif
Scintigraphie de
ventilation pulmonaire
Imagerie d’expression génique
dans la mucoviscidose
Imagerie de tumeurs Dépôt pulmonaire d’un
pulmonaires
aérosol
Imagerie du squelette
au F18
Imagerie de
fluorescence proche ir
en cancérologie
Les études de reproduction et de développement
Visent à mettre en évidence tout risque toxique au niveau de la fonction de
la reproduction utilisant des modèles animaux:
• Fertilité
• Tératogenèse (dysmorphogenèse)
• Développement pré- et post-natal
•Examens anatamomorphologiques:
• Du foetus:
• Déceler la dysmorphogenèse
• (malformations, anomalies morphologiques…)
• Retards (ou anomalies du chronologie) du développement.
• Du petit avant d’atteindre l’âge adulte:
• Suite à l’exposition de la mère (étude pré et post natale)
• Suite à l’exposition de l’enfant (études pédiatriques)
Étude d'embryotoxicité
Exposition pendant
l’organogenèse
100 rattes gestantes par étude
~ 1000 fœtus à examiner
Examen des fœtus
• Rat:
– 50% des fœtus:
• examen viscéral
– 50% des fœtus:
• examen squelettique
• Lapin:
– 50% des fœtus:
• examen viscéral de la tête
– 100% des fœtus:
• examen squelettique
– avec ou sans tête.
Récupération fœtus
• Eviscération, bain de potasse
attaque tissus
• Ajout alizarine
fixation sur calcium
• Bain de Mall, glycérol
transparisation
Analyse des fœtus à la loupe binoculaire
Méthodes d’imagerie alternatives : enjeux
Méthode classique = long, destructif
Objectif des méthodes d’imagerie
raccourcir le temps d’obtention des résultats à qualité
identique en termes de sensibilité et spécificité
préservation de l’intégrité
augmentation de la puissance du test car possible
recherche d’anomalies en histologie sur les mêmes
specimens
Méthodes d’imagerie alternatives
Imagerie X planaire : Nothdurft et al., 1977, étude sur fœtus de lapin
Projection d’un volume sur un plan
difficulté à visualiser les
détails sur petits animaux
Pertinent sur mini pig (Damm Jorgensen, 1998).
Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) : pb principal = débit
faible même si possibilité d’imager plusieurs fœtus à la fois
(Schneider et al., 2003)
TomoDensitoMétrie X (TDM X) : intérêt +++ avec l’avènement des
scanners précliniques
résolution, débit
(Wise et al., 2009 ; Winkelmann et al., 2009)
Etude chez le rat de Winkelmann et al., 2009
 Résultats comparables pour les deux méthodes
 Ecarts observés pour de petites structures du squelette :
- côte surnuméraire
(A = fœtus normal, B = côte détectée en alizarine et TDM X, C = côte
détectée en alizarine mais pas en TDM X)
- 5ème sternème
(A = ossification normale, B = ossification détectée en alizarine et TDM X, C =
ossification incomplète)
Radiologie planaire
Image radiologique d’un
souriceau de 8 jours
Image obtenue sans agent de
contraste chez la souris adulte
Principe de la TDM X
Les premiers essais en TDM X au CIPA
Résolution mise en œuvre en routine pour l’imagerie de la souris = 90µm
acquisition entre 10 et 20 min
>650 Mb données informatiques pour 1 thorax de souris
Premiers essais fœtus rats réalisés à 45µm, 20 minutes d’acquisition
Coloration alizarine
Rendu volumique
Les points critiques :
-retards d’ossifications sur les plaques frontales, pariétales et interpariétales
-les avancements d’ossification des vertèbres cervicales
-les retards d’ossification des 5ème et 6ème sternèmes
-les retards ou avancements d’ossification des 3ème et 4ème caudales
-les ossifications incomplètes des métatarses
-les anomalies sur la 14ème paire rudimentaire de côtes thoraciques
Amélioration de la résolution
Essais à 21µm
Rendu volumique à 45µm
Rendu volumique à 21µm
Meilleure qualité d’image…
Mais 1 HEURE d’acquisition !!!
Incompatibilité avec le débit nécessaire à ce type d’études
Compromis à 45µm mais en augmentant le nb de projections
La TDM peut-elle égaler la méthode de référence en termes de débit?
Débit des deux méthodes
Alizarine : 120 fœtus par
jour, temps incompressible
de préparation
Scanner X
Alizarine
1000
900
800
TDM : 50 fœtus par jour
(imagerie 3 par 3),
automatisation des
reconstructions la nuit,
acquisitions de 30 minutes
700
Foetus
600
500
400
300
200
100
0
0
5
10
15
Temps (jours)
20
25
Quelques résultats en image…à 45µm et 460 projections
5ème et 6ème sternèmes
Coloration alizarine
TDM X
Corps vertébral 1ère vertèbre thoracique
Coloration alizarine
TDM X
5ème métacarpe
Coloration alizarine
TDM X
Les principales limites rencontrées
Le tissu osseux de petite taille et/ou faiblement minéralisé
peu ou pas de contraste
Le compromis entre temps d’acquisition vs résolution
Traitement informatique des images : durée, opérationnalité…
L’image 3D est reconstruite à partir des coupes (360 à
720) dont l’examen peut être indispensable à
l’interprétation (validation de la reconstruction et de la
formation du spécialiste en charge de l’interprétation)
Reconstruction et visualisation 3D du même fœtus
avec des paramètres de seuillage différents
Réflexion autour de la sécurité des données
électroniques (enregistrements, signatures…)
Architecture du système…
Un nombre impressionnant de données générées…
Recon
8: signed VFF
images
7: signed VFF +
signed scan XML +
signed recon XML
3: signed execution list
1:
si g
ne
d
pr
op
er
Common
Console
tie
s
protocols
2: signed protocols
protocols
properties
images
4: signed scan XML
5: signed VFF
6: signed VFF +
signed scan XML
1:
si g
CT
images
properties
ne
d
pr
op
er
tie
s
Conclusion/Perspectives
 Faisabilité démontrée chez le fœtus de lapin
 Obtention de données quantitatives (mesure longueur os,
densité osseuse, volume osseux)?
 Réel impact des anomalies non détectées en TDM X sur la
sécurité des médicaments : avis des toxicologues ?