Endomicroscopie multiphotonique des plaques athérosclérotiques – MEAP

Porté par une collaboration étroite entre médecins, biologistes et ingénieurs en génie électrique et photonique, MEAP vise au développement d’une plateforme d’imagerie multimodale totalement inédite basée sur l’imagerie multiphotonique sans marquage. Une imagerie optique trimodale [1°) imagerie de diffusion Raman cohérente stimulée (CARS) + 2°) imagerie de génération de seconde harmonique optique (SHG) + 3°) imagerie d’autofluorescence sous excitation à deux photons (2PAF)] sera réalisée à l’aide d’un cathéter intravasculaire de diamètre extérieur inférieur au millimètre. Ce dispositif miniature comprendra un mécanisme de balayage rotatif développé spécialement pour le projet sur la base de l’architecture qui a été adoptée dans les systèmes commerciaux d’imagerie intravasculaire par tomographie de cohérence optique (OCT). Afin de répondre de façon optimale aux exigences du projet MEAP (amener de façon optimale les signaux lasers excitateurs au niveau des tissus, collecter efficacement les signaux de luminescence émis par les constituants biologiques vers les détecteurs placés en position proximale), une fibre à double gaine et à coeur creux totalement nouvelle sera conçue et fabriquée afin d’être mise en place dans le cathéter imageur. Avec un tel dispositif, il sera possible d’étudier en détail, en temps réel, in vivo in situ et sans marquage l’histologie des plaques, ce qui donnera les informations nécessaires à l’identification préventive des lésions à haut risque dans le patient de telle sorte qu’elles soient traitées avant qu’un accident fatal ne survienne.

Le cathéter qui sera mis au point durant le projet MEAP donnera, avec une très grande spécificité biochimique, en temps réel et sans marqueur exogène, une évaluation multimodale des principaux signes de la pathologie que sont : (i) la présence du noyau lipidique par imagerie multiphotonique de type CARS, (ii) la présence d’une chape fibreuse fine par imagerie SHG du collagène, et enfin (iii) l’existence d’une zone inflammatoire par imagerie 2PAF provenant de marqueurs métaboliques intracellulaires comme le NADH fortement produit dans les macrophages inflammatoires ou le FAD fortement produit dans les macrophages spumeux. Les possibilités totalement inédites de cette sonde miniature seront évaluées (a) in vitro sur des cultures cellulaires (macrophages inflammatoires, immunorégulateurs et spumeux), (b) ex vivo sur des pièces de biopsie humaines ou animales et finalement (c) in vivo sur un modèle animal d’athérosclérose au niveau de l’aorte de lapin.

Ce projet d’imagerie biomédicale, qui conduira à une innovation majeure dans le secteur de l’ingénierie optique, exploitera pleinement les atouts de cette nouvelle sonde d’imagerie multiphotonique en tant qu’outil de diagnostic et d’étude in vivo des plaques vulnérables d’athérosclérose.

Les résultats du projet MEAP seront publiés dans des revues internationales à comité de lecture appartenant aux domaines de la biophotonique et du biomédical. Ils seront présentés également lors de conférences. La possibilité de déposer des brevets sera étudiée avec attention.

Le projet MEAP concerne le développement d’un cathéter pour l’imagerie intravasculaire capable de détecter par imagerie optique les plaques vulnérables d’athérosclérose qui sont parmi les premières causes de décès dans les pays développés. Les plaques athéromateuses instables sont constituées principalement i) d’un noyau lipidique nécrotique volumineux, ii) d’une fine chape fibreuse recouvrant le noyau lipidique constituée de collagène fibrillaire (des fibres d’élastine se trouvant principalement dans la paroi de l’artère autour de la plaque), iii) et sur le sommet de la plaque appelé « l’épaule » d’une forte concentration de macrophages pathologiques. A cause du caractère multifactoriel de ce type de lésion, l’objectif ultime de MEAP, qui concerne à terme la recherche en cardiologie interventionnelle et également la pratique en clinique, est de proposer un dispositif d’imagerie coronaire tri-modal capable de détecter les facteurs de risque énoncés précédemment. Porté par une collaboration étroite entre médecins, biologistes et ingénieurs en génie électrique et photonique, MEAP vise au développement d’une plateforme d’imagerie multimodale totalement inédite basée sur l’imagerie multiphotonique sans marquage. Une imagerie optique trimodale [1°) imagerie de diffusion Raman cohérente stimulée (CARS) + 2°) imagerie de génération de seconde harmonique optique (SHG) + 3°) imagerie d’autofluorescence sous excitation à deux photons (2PAF)] sera réalisée à l’aide d’un cathéter intravasculaire de diamètre extérieur inférieur au millimètre. Ce dispositif miniature comprendra un mécanisme de balayage rotatif développé spécialement pour le projet sur la base de l’architecture qui a été adoptée dans les systèmes commerciaux d’imagerie intravasculaire par tomographie de cohérence optique (OCT). Afin de répondre de façon optimale aux exigences du projet MEAP (amener de façon optimale les signaux lasers excitateurs au niveau des tissus, collecter efficacement les signaux de luminescence émis par les constituants biologiques vers les détecteurs placés en position proximale), une fibre à double gaine et à coeur creux totalement nouvelle sera conçue et fabriquée afin d’être mise en place dans le cathéter imageur. Avec un tel dispositif, il sera possible d’étudier en détail, en temps réel, in vivo in situ et sans marquage l’histologie des plaques, ce qui donnera les informations nécessaires à l’identification préventive des lésions à haut risque dans le patient de telle sorte qu’elles soient traitées avant qu’un accident fatal ne survienne. Le cathéter qui sera mis au point durant le projet MEAP donnera, avec une très grande spécificité biochimique, en temps réel et sans marqueur exogène, une évaluation multimodale des principaux signes de la pathologie que sont : (i) la présence du noyau lipidique par imagerie multiphotonique de type CARS, (ii) la présence d’une chape fibreuse fine par imagerie SHG du collagène, et enfin (iii) l’existence d’une zone inflammatoire par imagerie 2PAF provenant de marqueurs métaboliques intracellulaires comme le NADH fortement produit dans les macrophages inflammatoires ou le FAD fortement produit dans les macrophages spumeux. Les possibilités totalement inédites de cette sonde miniature seront évaluées (a) in vitro sur des cultures cellulaires (macrophages inflammatoires, immunorégulateurs et spumeux), (b) ex vivo sur des pièces de biopsie humaines ou animales et finalement (c) in vivo sur un modèle animal d’athérosclérose au niveau de l’aorte de lapin. Ce projet d’imagerie biomédicale, qui conduira à une innovation majeure dans le secteur de l’ingénierie optique, exploitera pleinement les atouts de cette nouvelle sonde d’imagerie multiphotonique en tant qu’outil de diagnostic et d’étude in vivo des plaques vulnérables d’athérosclérose.