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L’imagerie médicale au service du diagnostic personnalisé, Olivier Laprévote

Jeudi 19 octobre 2006, Institut de Chimie des Substances Naturelles (CNRS, Gif)

lundi 30 mars 2009, par Séverine

Jeudi 19 octobre a eu lieu le premier « Jeudi de la recherche » de la saison 2006-2007. Olivier Laprévote, directeur de recherche au CNRS, et deux étudiantes Delphine Debois et Nora Tahallah ont accueilli les participants autour de leur expérience à l’Institut de Chimie des Substances Naturelles, sur le campus du CNRS à Gif sur Yvette.

spectromètre de masse TOF-SIMS IV
© Société Ion-TOF, Münster, Allemagne

Pour diagnostiquer une maladie et proposer un traitement adapté, les médecins font de plus en plus appel à différentes techniques d’imagerie qui leur permettent d’avoir une vision très précise des organes et des tissus biologiques jusqu’à l’échelle de la cellule. Ces techniques - scanner, IRM, tomographie…- sont le fruit de la collaboration entre physiciens, chimistes et médecins. L’expérience développée à l’ICSN en est un nouvel exemple. Forts de leur savoir-faire en spectrométrie de masse, les chercheurs ont eu l’idée d’une expérience qui permet d’établir une cartographie de la composition chimique d’un tissu biologique (prélevé lors d’une biopsie par exemple) à l’échelle du micron. Le principe est le suivant. Une coupe mince d’un échantillon biologique à « imager » est déposée à l’intérieur du spectromètre de masse. Chaque petit « pixel » d’environ un micron est bombardé avec des ions métalliques fortement accélérés qui arrachent, sous forme d’ions, les molécules présentes à la surface de l’échantillon biologique. Ces ions moléculaires sont alors triés en fonction de leur masse par des champs électriques. Cet instrument mesure ainsi la masse des molécules très précisément, ce qui permet d’en déduire leur formule chimique, autrement dit de les identifier. Pixel après pixel, une image de la composition moléculaire est reconstituée.

On peut ainsi savoir quelles molécules (acides gras, vitamine, cholestérol…) sont présentes et où dans le tissu biologique, et établir des corrélations entre la présence d’une molécule et d’une autre à un même endroit. Une des grandes forces de cette méthode est sa capacité à détecter en même temps tous les composants du tissu biologique. On peut par exemple confirmer le diagnostic d’une maladie en découvrant telle ou telle molécule significative dans un tissu. Mais l’on peut également trouver d’autres « marqueurs » de cette maladie même si on ne les cherche pas a priori, ouvrant ainsi de nouvelles pistes de recherche. Ceci en fait une méthode de diagnostic polyvalente, adaptable à chaque maladie, à chaque patient et à chaque étape du traitement. Cette expérience a été développée très rapidement. Après des premiers essais concluants réalisés en Allemagne chez le fabricant du spectromètre en juillet 2003, l’équipe de chercheurs a installé l’instrument à l’ICSN et a très vite obtenu des résultats prometteurs. Aujourd’hui, des collaborations se développent avec des cliniciens de différents hôpitaux et une dizaine d’équipes « concurrentes » dans le monde se sont lancées dans l’aventure.

Avec cette méthode, l’équipe de l’ICSN a étudié des fragments de muscles de souris atteintes de myopathie. Ils ont mis en évidence dans certaines cellules, d’aspect extérieur sain, la présence de composants comme la vitamine E ou le coenzyme Q9, témoins de la réaction d’une cellule en train de dégénérer. À d’autres endroits du muscle, ils ont montré que des cellules musculaires étaient en train de se transformer en cellules adipeuses et ne pourraient plus remplir leurs fonctions. Ces deux pistes différentes sont à explorer pour comprendre les processus de dégénérescence et chercher des médicaments ou des solutions génétiques pour la maladie humaine.

Un autre sujet d’étude volontiers cité par Olivier Laprévote est celui de la maladie de Fabry, une maladie génétique orpheline, qui touche moins de 400 personnes en France et qui revêt des formes extrêmement différentes d’un patient à l’autre. Grâce à leur méthode, les chercheurs ont pu déterminer la nature de la molécule qui s’accumulait dans le rein d’un patient et qu’il ne parvenait plus à éliminer. D’où l’espoir de déterminer quel est le bon médicament pour ce patient en particulier ; la recherche sur les maladies orphelines souffre d’un manque de moyens or la méthode n’a pas besoin d’être développée spécifiquement pour un type précis de maladie.

L’équipe de l’ICSN porte désormais ses efforts vers un traitement informatisé des images qui permettrait d’identifier automatiquement les molécules des échantillons afin que cette méthode puisse être utilisée plus largement dans le domaine médical.