Observer le métabolisme
Des chercheurs de l'ETH et de l'Université de Zurich poursuivent le développement de l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Ils rendent ainsi visible le métabolisme du corps. L'objectif est de pouvoir mieux diagnostiquer et traiter les maladies cardiaques à l'avenir.
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est devenue incontournable en médecine. Elle permet d'avoir une vue unique sur le corps et de diagnostiquer différentes maladies. L'imagerie IRM a toutefois ses limites : Elle permet certes de visualiser la structure et la fonction des organes et des tissus, mais pas, par exemple, les modifications du métabolisme, qui joue également un r?le important dans de nombreuses maladies.
Des chercheurs de l'Institut de génie biomédical de l'ETH Zurich et de l'Université de Zurich veulent précisément rendre cela possible dès maintenant : Le groupe du professeur Sebastian Kozerke développe la technologie IRM de telle sorte qu'elle permette de représenter le métabolisme en temps réel. Les chercheurs se concentrent sur le c?ur, dont le métabolisme est particulièrement complexe, car il peut choisir parmi une multitude de sources d'énergie.
Le "réfrigérateur" le permet
"Le c?ur est constamment en mouvement, ce qui représente un grand défi pour l'imagerie", explique Sebastian Kozerke. Un autre défi réside dans le fait que les molécules du métabolisme ne sont présentes qu'en petites concentrations - trop faibles pour être représentées par l'imagerie par résonance magnétique traditionnelle. Les chercheurs ont réussi à surmonter ces obstacles - et ce à l'aide de l'IRM dite hyperpolarisée. Cette méthode permet d'amplifier le signal des molécules métaboliques d'un facteur de plus de 25'000.
L'équipe de Kozerke a adapté l'IRM hyperpolarisée aux besoins spécifiques de l'imagerie cardiaque et de la représentation des processus métaboliques. Le résultat est un appareil de la taille d'un réfrigérateur, qui fonctionne à c?té d'un appareil d'IRM clinique. Le "réfrigérateur" porte bien son nom : pour augmenter l'intensité du signal, une substance de dégradation du sucre (pyruvate) est congelée à -272 degrés Celsius, puis magnétisée dans un champ magnétique sous l'effet de micro-ondes. Réchauffés à nouveau à la température du corps, ils peuvent être utilisés pour l'imagerie de manière similaire aux produits de contraste traditionnels.
Signes de maladies cardiaques
Cette nouvelle méthode permet pour la première fois de montrer de manière non invasive et en temps réel comment le corps métabolise les nutriments - c'est-à-dire les transforme en énergie utilisable pour lui. Alors que l'IRM traditionnelle ne peut montrer que si et comment le c?ur pompe, il est désormais possible de voir comment le c?ur obtient son énergie.
"A l'avenir, nous pourrons voir ce qui se passe réellement dans le muscle cardiaque et ses cellules".Robert Manka
Pouvoir présenter et comprendre cela en détail est justement central dans le contexte des maladies cardiaques. Si le métabolisme est perturbé, cela peut être un signe précoce de maladie cardiaque. Exemple : En règle générale, le c?ur utilise les graisses comme source d'énergie. En cas de manque d'oxygène, le c?ur se tourne immédiatement vers le sucre comme source d'énergie, car celui-ci nécessite moins d'oxygène pour être métabolisé. Si de tels processus peuvent être enregistrés par imagerie, cela permet de déceler à temps un éventuel manque d'oxygène. Ainsi, à l'avenir, on pourrait déjà traiter les causes des maladies cardiovasculaires, et non pas seulement leurs effets.
Ce qui se passe après un infarctus du myocarde
En collaboration avec le Centre de recherche chirurgicale de l'Université de Zurich, l'équipe de Sebastian Kozerke a pu montrer que le métabolisme du c?ur pouvait effectivement être bien représenté avec la méthode qu'ils ont développée. Ils ont utilisé comme modèle des porcs, dont le c?ur est le plus semblable au c?ur humain. Il a ainsi été possible de représenter en détail les modifications du métabolisme avant et après un infarctus du myocarde. On a notamment pu voir quelles parties du muscle cardiaque se rétablissaient après l'infarctus. L'étude correspondante vient d'être publiée par le groupe dont le premier auteur est le Dr Maximilian Fütterer dans le Journal of the American College of Cardiology : Cardiovascular Imaging.
Ce qui se passe dans le muscle cardiaque
Entre-temps, les chercheurs ont déjà franchi une étape supplémentaire. En collaboration avec le professeur Robert Manka, responsable de l'IRM cardiaque au centre de cardiologie de l'H?pital universitaire de Zurich, ils ont lancé une première étude clinique. Il s'agit d'étudier des patients souffrant d'insuffisance cardiaque ou présentant des facteurs de risque.
"Pour nous, médecins, il est très précieux de pouvoir voir le métabolisme du c?ur. Cela pourrait nous permettre à l'avenir de poser le diagnostic et le pronostic d'une maladie cardiaque de manière beaucoup plus ciblée - et donc de choisir le traitement de manière plus individuelle", explique le cardiologue Manka de l'USZ. La nouvelle méthode d'IRM pourrait ainsi devenir une étape importante vers une médecine personnalisée. Manka espère que ce nouveau procédé aidera également à comprendre pourquoi certaines personnes sont beaucoup plus limitées que d'autres après un infarctus du myocarde : "Le métabolisme joue probablement aussi un r?le, mais nous ne le savons pas encore. ? l'avenir, nous pourrons voir ce qui se passe réellement dans le muscle cardiaque et ses cellules".
Avant d'en arriver là, il faudra encore un peu de travail. La méthode doit faire ses preuves dans des études cliniques de plus grande envergure au cours des prochaines années. Pour cela, les chercheurs autour de Sebastian Kozerke vont continuer à affiner la technologie dans le "réfrigérateur" prototype.
Référence bibliographique
Fuetterer M, Traechtler J, Busch J, Peereboom S M, Dounas A, Manka R, Weisskopf M, Cesarovic N, Stoeck C T, Kozerke S : Hyperpolarized Metabolic and Parametric CMR Imaging of Longitudinal Metabolic-Structural Changes in Experimental Chronic Infarction. Journal de l'American College of Cardiology (JACC) : Cardiovascular Imaging 15 (2022), pp. 2051-2064 (Final article in Dec issue, online article Nov 16). DOI (EN ANGLAIS) : page externe10.1016/j.jcmg.2022.08.017
Schwitter J. Getting Deeper Insight by Hyperpolarization : The Multilevel Assessment of Myocardial Infarction by Adding Hyperpolarized 13C-Carbon-CMR?. Commentaire éditorial. Journal de l'American College of Cardiology (JACC) : Cardiovascular Imaging, Nov 16, 2022, Epublished. DOI : page externe10.1016/j.jcmg.2022.09.002