Dans le traitement chirurgical du cancer, la distinction entre les tumeurs et les tissus sains est essentielle. Les marqueurs fluorescents peuvent aider à le faire, en améliorant le contraste des tumeurs pendant la chirurgie. Certains marqueurs montrent un phénomène appelé « fluorescence retardée » (DF) qui repose sur la détection de « l’hypoxie » (ou faible concentration en oxygène), une condition souvent présentée par les tumeurs. L’imagerie en temps réel de l’hypoxie peut fournir un contraste élevé entre les tumeurs et les cellules saines. Cela peut permettre aux chirurgiens d’enlever efficacement la tumeur. Cependant, l’imagerie en temps réel de l’hypoxie pour le guidage chirurgical n’a pas encore été réalisée.
Dans une nouvelle étude publiée dans Journal d’optique biomédicale (JBO), les chercheurs ont proposé un système d’imagerie optique qui permet l’imagerie en temps réel de la concentration en oxygène des tissus pour les tumeurs présentant une hypoxie chronique ou transitoire. L’équipe y est parvenue en utilisant une molécule endogène appelée protoporphyrine IX (PpIX), qui présente une DF dans la région du rouge au proche infrarouge. « Il s’agit d’un rapporteur vraiment unique de la pression partielle d’oxygène locale dans les tissus. La PpIX est synthétisée de manière endogène par les mitochondries dans la plupart des tissus, et la propriété particulière de l’émission de DF est directement liée à la faible concentration d’oxygène microenvironnementale », explique Brian Pogue, président du département médical Physique à l’Université du Wisconsin-Madison, professeur adjoint de sciences de l’ingénieur au Dartmouth College et auteur principal de l’étude. « Les cellules saines montreront peu ou pas de DF, car elles sont désactivées en présence d’oxygène moléculaire. »
Le défi technique dans la détection du DF est dû à sa faible intensité ; le bruit de fond le rend difficile à détecter sans un seul détecteur de photons. L’équipe a surmonté ce problème à l’aide d’un système d’imagerie temporisé très sensible, qui permet la détection du signal uniquement dans une fenêtre temporelle spécifiée. Cela réduit considérablement le bruit de fond et permet une cartographie directe à large champ de la pression partielle d’oxygène (pO2) change avec le signal DF acquis. Le résultat est une information métabolique en temps réel, une carte utile pour le guidage chirurgical.
L’acquisition d’une fluorescence à la fois rapide et retardée dans un cycle séquentiel rapide a permis d’imager les niveaux d’oxygène d’une manière indépendante de la concentration de PpIX. »
Arthur Petusseau, auteur principal, candidat au doctorat en sciences de l’ingénieur, Dartmouth College
L’équipe de Petusseau a démontré l’efficacité de leur technique en utilisant des modèles murins de cancer du pancréas, qui présentaient des tumeurs hypoxiques. Le signal DF obtenu à partir des cellules cancéreuses était plus de cinq fois plus fort que celui des tissus oxygénés sains environnants. Le contraste du signal a été encore amélioré lorsque les tissus ont été palpés avant l’imagerie pour améliorer encore l’hypoxie transitoire.
Selon Frédéric Leblond, professeur de génie physique à Polytechnique Montréal et rédacteur en chef adjoint de JBO, « Les résultats rapportés par l’équipe de Petusseau suggèrent que l’imagerie de l’hypoxie est une approche efficace pour identifier les tumeurs dans le traitement du cancer. La détection de PpIX DF utilise un colorant clinique connu et un déjà- marqueur inhumain approuvé, avec un grand potentiel pour le guidage chirurgical, et plus encore. » Petusseau note que l’imagerie de pO2 dans les tissus pourrait également permettre de contrôler le métabolisme tissulaire. Ceci, à son tour, nous aiderait à mieux comprendre la biochimie impliquée dans l’apport et la consommation d’oxygène.
