Imagerie Moléculaire

Imagerie Moléculaire
Mis à jour le 13/08/2010 par SFR
IMAGERIE MOLÉCULAIRE
Charles André Cuenod
Radiologie, Hôpital Européen G. Pompidou, Université Descartes Paris
Membre du Groupe de Travail SFR - Recherche
L'imagerie moléculaire s'affirme de plus en plus au congrès de la RSNA, où un nombre conséquent de
présentations portait le label « Molecular Imaging » . On pouvait dénombrer : 32 cours et 33 séances
scientifiques dont 20 affichaient le mot de « moléculaire » dans le titre, deux séances plénières et deux
« special focus » , ainsi que 76 posters didactiques et 49 posters scientifiques. Seize de ces posters
étaient présentés dans un espace dédié à l'imagerie moléculaire nommé : « The Molecular Imaging Zone
» . De grands panneaux invitaient les congressistes à aller visiter cette « molecular imaging zone » et à
découvrir les centres d'imagerie impliqués dans ce domaine. Une journée entière de symposium était
dédiée au sujet, comportant une introduction générale, une description détaillée des techniques et des
stratégies utilisables en cancérologie, cardiologie et neurologie, et une esquisse des possibles
applications futures.
Le congressiste pouvait ainsi comprendre, au travers des nombreux cours et chapitres de cours ce qu'est
l'imagerie moléculaire. Il pouvait ainsi se rentre compte que chacun en a sa propre définition. Pour les
médecins nucléaires, par exemple, c'est la médecine nucléaire qui depuis ses origines est basée sur le
métabolisme moléculaire, au point que les sociétés de médecine nucléaire se rebaptisent « sociétés
d'imagerie moléculaire » . Pour les chercheurs travaillant sur le petit animal, l'imagerie moléculaire fait
référence à la notion de multimodalité : un plateau d'imagerie moléculaire comprendra une IRM haut
champ dédiée à l'animal, un micro - TEP des appareils d'imagerie optique voire un micro - scanner et un
micro - SPECT. La multimodalité permettant d'étudier des phénomènes biologiques in vivo sur animal
entier et, en fusionnant les images obtenues avec les différentes modalités, obtenir une compréhension
plus complète de ces phénomènes. Pour les chercheurs et les laboratoires pharmaceutiques impliqués
dans le développement des agents de contraste de demain, ciblant des pathologies ou des structures
spécifiques, leurs travaux appartiennent au domaine de l'imagerie moléculaire. Enfin, pour les
chercheurs étudiant la migration cellulaire par imagerie à l'aide du marquage des cellules par agents de
contraste, leurs travaux appartiennent également à ce domaine.
On l'aura compris au cours de ce congrès, l'imagerie moléculaire correspond en fait à la recherche en
imagerie s'intéressant plus aux dimensions biologique, physiologique et biochimique qu'à la dimension
technologique ou physique (même si la nécessité de l'augmentation de la sensibilité pour détecter de
faibles quantités de molécules requiert l'amélioration des appareils d'imagerie). Une définition proposée
par la Task Force du MICoE (Molecular Imaging Center of Excellence) et rapportée par Martin Pomper
dans son cours d'introduction, est : « l'Imagerie Moléculaire est la visualisation, la caractérisation et la
mesure des processus biologiques aux échelons moléculaires et cellulaires chez l'homme et les autres
organismes vivants » .
S'il existe déjà quelques exemples d'imagerie moléculaire en clinique, comme l'utilisation du FDG en
TEP, l'utilisation en IRM des marqueurs spécifiques des cellules de Küpffer ou des hépatocytes et
l'imagerie de la microcirculation par injection dynamique d'agents de contraste pour l'évaluation des
traitements anticancéreux, la majeure partie des molécules dédiées à l'imagerie spécifique est
actuellement expérimentale et ne peut être utilisée que chez l'animal.
Les présentations étaient captivantes et les concepts développés permettaient une mise à jour des
connaissances acquises lors des études de médecine. Mais compte tenu de la difficulté pour obtenir
l'autorisation de mise sur le marché (AMM) d'une molécule, du fait des nécessaires contrôles sanitaires
et des pressions économiques impliquant qu'une molécule soit potentiellement rentable pour être
développée, il peut y avoir une frustration pour le radiologue clinicien qui découvre des développements
auxquels ni lui ni ses patients n'auront accès dans un futur proche. Mais cela a déjà eu lieu lorsque des
grands progrès de l'imagerie dans le domaine technologique. Les équipes ont dû attendre pour avoir
accès aux premiers échographes, scanners, puis appareils d'IRM et enfin au TEP - scanners.
On comprend que l'étape d'imagerie du petit animal est indispensable au développement de l'imagerie
moderne et fait le lien entre la recherche fondamentale en biologie et les applications cliniques
quotidiennes.
Il apparaît que l'imagerie moderne se dirige dans deux directions complémentaires : d'une part
l'imagerie destinée à la clinique au sein des services d'imagerie et d'autre part l'imagerie destinée à la
recherche en biologie sur des plateformes dédiées au petit animal. L'imagerie du petit animal apporte à
la biologie une intégration de l'étude des mécanismes moléculaires et cellulaires à l'échelon de
l'organisme vivant dans son entier et elle apportera à l'imagerie clinique, par le biais de la translation
des techniques éprouvées chez le petit animal, les stratégies diagnostiques et thérapeutiques de
demain.
Lors de ce congrès, en plus des éléments généraux décrits ci - dessus, quelques points forts ou
spécifiques peuvent être retenus, nous n'en présenterons que quelques uns.
NANOTECHNOLOGIE ET NOTION D'AGENT D'IMAGERIE EN PLATEFORME
Dans sa conférence plénière « New Horizons » , Michale Welch de St Louis a rappelé l'intérêt des
nanotechnologies pour l'imagerie moléculaire. Un des avantages des nano - objets par rapport aux objets
macroscopiques est l'importance de la surface de ces objets. En effet, la surface diminuant moins que le
diamètre, ces nano - objets ont proportionnellement de grandes surfaces qui permettent non seulement

d'attacher de nombreuses molécules permettant de cibler les motifs biologiques d'intérêt (récepteurs,
transporteurs, antigénes… ) mais également d'attacher des atomes ou molécules pouvant être détectés
par les appareils d'imagerie et donc d'augmenter la sensibilité. On assiste ainsi à trois tendances
utilisant l'agent de contraste comme une véritable plateforme :
■Associer plusieurs molécules qui peuvent être détectées par des appareils d'imagerie différents
(par exemple du gadolinium pour l'IRM, un fluorophore pour l'imagerie optique et un générateur de
positons pour la TEP) et permettre ainsi l'imagerie multimodale.
■Associer différentes molécules pour cibler, dans un même temps, plusieurs motifs exprimés à la
surface des cellules au cours d'une pathologie (par exemple glucose, folate, transferrine, motif
RGD, anticorps…). Cette stratégie permet non seulement d'augmenter les chances statistiques de
fixation de l'agent de contraste, mais aussi d'augmenter les constantes d'association si l'agent est
fixé à la cellule par plusieurs motifs.
■Associer des molécules à visée diagnostique et des molécules à visée thérapeutiques, permettant
ainsi de vérifier le ciblage d'un médicament par imagerie, voire d'activer le traitement par une
action percutanée (ultrasons focalisés, radiofréquence…).
Il a aussi été largement rappelé que la cinétique des macromolécules et des nanoparticules dans les
tumeurs étaient très différentes de celles des petites molécules, avec une accumulation lente mais plus
importante et plus prolongée par l'effet appelé EPR (Enhanced permeability and Retention). Ceci offre
des stratégies de ciblage passif associé au ciblage actif et nécessite d'adapter la fenêtre temporale
d'exploration en attendant que le produit s'accumule dans les tissus cibles et soit éliminé des autres
tissus (1, 2).
Imagerie optique
L'imagerie optique, de fluorescence ou de bioluminescence reste essentiellement destinée à l'étude du
petit animal, car la lumière émise par les agents de contraste diffuse mal à travers les tissus. On
commence néanmoins à envisager des applications chez l'homme, soit en per - opératoire pour détecter le
ganglion sentinelle, pour détecter les micronodules de carcinose péritonéale (3) ou pour détecter des
lésions en endoscopie.
Imagerie de l'apoptose
La mort cellulaire physiologique est en équilibre constant avec la prolifération cellulaire et ne provoque
pas d'inflammation contrairement à la nécrose. Les membranes plasmiques ne sont pas détruites, mais
elles exposent sur le feuillet externe de la phosphatidylsérine. Le ciblage de la phosphatidylsérine par
l'annexine V liée à un agent de contraste permet de détecter et de quantifier le phénomène d'apoptose.
Cela pourrait servir à tester l'efficacité des traitements anti - cancéreux qui restaurent l'apoptose absente
dans les cancers. Selon Francis Blankenberg il peut être intéressant de coupler l'imagerie de l'annexine à
la spectroscopie par IRM pour détecter une augmentation du pic des lipides par augmentation de la
mobilité des lipides membranaires.
Imagerie cellulaire
Jeff Bulte a montré sur un poster la faisabilité de détecter des cellules souches marquées par des
particules magnétiques grâce à la nouvelle technique de « Magnetic particle imaging » décrite par Gleich
dans Nature en 2005 (4). Cette technique permet d'obtenir des images en haute résolution des
particules magnétiques en tirant avantage de la non - linéarité de la courbe de magnétisation de ces
particules. La sensibilité ainsi obtenue serait trois fois supérieure à celle de l'IRM classique et
améliorerait les performances de l'imagerie de la migration cellulaire.
En conclusion , la recherche en imagerie moléculaire est très variée et très vaste. Elle se développe
rapidement aussi bien pour le compte de la biologie sur les plateformes d'imagerie du petit animal que
pour le compte de l'imagerie médicale. Même si elle reste, encore en majorité, éloignée de l'activité
clinique actuellement, il est important de s'y intéresser pour comprendre les développements et les
évolutions de l'imagerie de demain.
Références
1 - Pirollo KF, Chang EH. Does a targeting ligand influence nanoparticle tumor localization or uptake?
Trends Biotechnol. 2008 Oct; 26(10):552 - 8
2 - Bartlett DW, Su H, Hildebrandt IJ, Weber WA, Davis ME. Impact of tumor - specific targeting on the
biodistribution and efficacy of siRNA nanoparticles measured by multimodality in vivo imaging. Proc Natl
Acad Sci U S A. 2007 Sep 25;104(39):15549 - 54
3 - Gunn AJ, Kobayashi H, Choyke PL. Tumor - targeted optical imaging in the management of peritoneal
carcinomatosis. S D Med. 2007 Sep; 60(9):353 - 7
4 - Gleich B, Weizenecker J. Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles.
Nature. 2005 Jun 30;435(7046):1214 - 7