Une méthode basée sur l'IRM détecte l'échange d'eau dans les cellules tumorales pour mesurer leur malignité

Le cycle de l’eau à travers les transporteurs membranaires est une caractéristique du métabolisme cellulaire et revêt potentiellement une grande importance diagnostique pour la caractérisation des tumeurs et d’autres maladies. Dans la revue Chimie modifiée, une équipe de recherche italienne a introduit une nouvelle méthode basée sur l'IRM pour évaluer cet échange d'eau. Grâce à cette méthode, ils ont pu estimer le degré de malignité et le succès des traitements sur des modèles de tumeurs de souris.

Tous les cancers ne sont pas égaux. Selon le type de tumeur, un traitement donné peut être efficace ou échouer complètement. Pour un traitement ciblé, efficace, le plus doux possible, il est important de localiser précisément la tumeur et de déterminer sa malignité.

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) fournit d'excellentes images à résolution temporelle et spatiale pour la caractérisation des tumeurs. Au cours de cette procédure, le patient se trouve dans un « tube » dans lequel règne un champ magnétique très puissant. Les spins des protons (les noyaux des atomes d’hydrogène) s’alignent dans ce champ magnétique. Des ondes radio sont diffusées et synchronisent les précessions des spins, inversant temporairement certains d'entre eux.

Selon la composition du tissu, cette « magnétisation » se perd à différents moments (relâchement). Cela peut être utilisé pour calculer des images 3D. Les produits de contraste gadolinium réduisent les temps de relaxation. Ces agents sont plus concentrés dans les tumeurs car leurs vaisseaux sanguins sont particulièrement perméables. Cela augmente le contraste et facilite la définition de la tumeur.

Les agents de contraste se propagent uniquement à travers les compartiments extracellulaires de la tumeur ; ils ne pénètrent pas dans les cellules tumorales. Une équipe dirigée par Giuseppe Ferrauto et Silvio Aime a voulu exploiter cette fonctionnalité pour déterminer le degré d'échange d'eau à travers la membrane cellulaire. Les cellules tumorales sont plus actives métaboliquement que les cellules saines et possèdent plus de protéines et de canaux de transport dans leurs membranes cellulaires. Ces protéines permettent également à l’eau d’entrer et de sortir de la cellule, et le degré d’échange d’eau est une mesure de l’agressivité d’une tumeur. Pourtant, l’IRM classique ne peut pas le montrer.

L'équipe de l'Université de Turin et de l'IRCCS SDN SynLab de Naples a décidé de travailler avec une nouvelle méthode d'IRM appelée CEST (Chemical Exchange Saturation Transfer). Il existe un échange constant de protons entre l’eau libre et les groupes contenant de l’hydrogène dans les biomolécules, tels que les groupes amine de la créatine.

Les fréquences radio auxquelles un proton peut être « magnétisé » dépendent de l'environnement chimique de ce proton, les fréquences sont donc différentes pour les protons présents dans l'eau libre et ceux liés à la créatine, par exemple. Avec une impulsion correspondante, les protons liés à la créatine peuvent être saturés. Ces protons sont échangés et se lient à l'eau libre à proximité.

Ils conservent ainsi leur « état de magnétisation saturée ». Si des ondes radio de fréquence adaptée aux protons de l’eau libre sont ensuite pulsées, un nombre croissant de ces protons sont déjà magnétisés et ne peuvent pas absorber l’énergie (le signal CEST dans les images IRM). L'absorption diminue jusqu'à ce que l'échange de protons atteigne l'équilibre. Cela permet de tirer des conclusions sur la concentration de créatine et d’autres molécules échangeuses de protons dans une cellule, qui peuvent être utilisées pour le phénotypage du cancer.

Si un agent de contraste est ensuite administré et pénètre dans le compartiment extracellulaire, la magnétisation des protons de l'eau y diminue beaucoup plus rapidement. Comme l’eau est échangée à travers la membrane, le nombre de protons d’eau magnétisés dans les cellules diminue également plus rapidement. Cela modifie à son tour les signaux CEST. Les changements après l'ajout d'agent de contraste reflètent la perméabilité de la membrane des cellules tumorales à l'eau.

L’équipe a testé cette méthode sur des modèles murins de cancer du sein présentant différents degrés de malignité. Comme prévu, l’échange d’eau observable a augmenté à mesure que les tumeurs devenaient plus agressives. Au sein des tumeurs, il a également été possible de différencier des zones de malignité différente. Le médicament cytostatique Doxorubicine a immédiatement réduit la perméabilité à l'eau.

Par conséquent, la méthode développée met en lumière le phénotype tumoral et fournit un nouvel outil pour évaluer les résultats de la chimiothérapie.