Imagerie métabolique et fonctionnelle cérébrale par transfert de saturation: combinaison aux données Opto-fMRI et spectroscopique RMN. – BAMBOO

Les imageries par Résonance Magnétique Nucléaire (IRM) de transfert de saturation (CEST) et de transfert de polarisation croisée (CESL pour « spin-lock » en anglais) par échange chimique sont deux nouveaux outils d’imagerie métabolique. En effet, les séquences CEST et CESL permettent de détecter indirectement des métabolites d’intérêt pour différents domaines de recherche (neurosciences, oncologie, physiologie) via une réduction du signal de l’eau libre en bénéficiant d’un gain significatif de sensibilité, de résolutions temporelles ou spatiales comparées aux approches de spectroscopie RMN (MRS). Ces dernières années, des modules de transfert de saturation ou de polarisation croisée ont été développés et validés pour divers métabolites. Ainsi, nous avons récemment mis au point un protocole d’IRM fonctionnelle CEST du Glucose (GlucoCEST) pour suivre les changements de glucose consécutifs à l’activation neuronal chez le rat à 17.2T. Toutefois, les modules CEST et CESL doivent être adaptés à chaque métabolite d’intérêt et les contrastes correspondent souvent à une somme complexe de contributions (saturation d’un métabolite voisin, saturation directe de l’eau, des macromolécules semi-mobiles). C’est pourquoi une optimisation et une validation des contrastes d’imagerie fonctionnelle CEST et CESL (CEST/CESL-fMRI) est nécessaire à la maturation de ces approches innovantes et leur application notamment en Neurosciences.
Dans ce projet, nous avons pour objectif de mesurer et séparer les contrastes CEST/CESL correspondant aux trois neurométabolites majeurs, glucose, glutamate et lactate dans le contexte du couplage entre métabolisme énergétique et neurotransmission au cours de l’activation neuronale. Des modules de présaturation et de « spin-lock » seront implémentés et optimisés pour chaque métabolite conjointement en France et en Allemagne pour une application chez le rat à très haut champ magnétique. Afin de calibrer et valider les spécificités moléculaires des contrastes CEST/CESL, des expériences de MRS 1H et 1H-{13C} seront entreprises à NeuroSpin. En parallèle, des expériences d’optogénétiques seront menées par les chercheurs de l’Université de Munster afin de distinguer les contributions neuronales et gliales durant l’activation neuronale. Via transfection virale, chaque type cellulaire exprimera des opsines et des sondes fluorescentes pour le Ca2+, le lactate et le glutamate. Ce projet devrait aboutir à des protocoles CEST/CESL-fMRI robustes et standardisés prêts à être appliquer en Neurosciences ou dans d’autres domaines de recherche en Biochimie ou Physiologie que ce soit en conditions normales ou pathologiques ou encore dans le contexte d’un challenge pharmacologique.