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IRM multicolore pour l'imagerie moléculaire
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil de travail clinique, produisant des images 3D extrêmement détaillées des tumeurs, des vaisseaux sanguins, des os et des structures profondes à l'intérieur du corps. Les images IRM sont en nuances de gris et leur contraste est basé sur la quantité d'eau présente dans la partie du corps étudiée. Maintenant, les physiciens ont fabriqué des particules magnétiques miniatures qui pourraient éclairer l'IRM avec un arc-en-ciel de couleurs qui transmettent une mine d'informations sur les états pathologiques et le comportement des tissus dans le corps.
Mini aimants : Injectées dans le corps, des particules magnétiques microscopiques (en haut) pourraient produire des images de résonance magnétique colorées qui permettraient aux médecins d'examiner les fondements moléculaires des maladies, y compris le cancer. En bas se trouve une grille de mini-aimants avant qu'ils ne soient retirés de la plaquette semi-conductrice sur laquelle ils sont fabriqués en utilisant des techniques standard de l'industrie informatique.
La recherche sur ces particules, en cours au National Institute of Standards and Technology, à Boulder, CO, en est à ses débuts, et les particules n'ont pas été testées sur des animaux. Mais si l'IRM multicolore tient ses promesses, elle pourrait fournir des informations visuelles au niveau des gènes, des protéines et d'autres molécules. Les chercheurs espèrent qu'une telle imagerie moléculaire finira par faire partie de la médecine personnalisée, permettant aux médecins de voir littéralement les processus sous-jacents à l'inflammation ou à la croissance tumorale d'un patient individuel, puis de prescrire la bonne thérapie avec moins de conjectures. La plupart des techniques d'imagerie moléculaire sont optiques et impliquent des étiquettes fluorescentes telles que les minuscules particules de matériau semi-conducteur connues sous le nom de points quantiques. Mais la lumière émise par ces balises ne peut traverser qu'un centimètre de tissu environ, elles ne sont donc pas très utiles pour l'imagerie des organes. L'IRM fournit un aspect non invasif sous la surface.
Les images de résonance magnétique sont générées à partir de signaux radiofréquence émis par les molécules d'eau à l'intérieur du corps. Lorsque le puissant aimant circulaire qui entoure le patient est activé, les noyaux d'atomes d'hydrogène à l'intérieur du corps du patient s'alignent avec le champ magnétique. Une impulsion de fréquence radio les désaligne et lorsqu'elles se remettent en place, elles libèrent leur excès d'énergie sous forme d'ondes radio.
Les particules conçues par le National Institute of Standards and Technology (NIST) agissent comme des aimants miniatures, provoquant un décalage prévisible de la fréquence des ondes radio émises par l'eau qui les traverse. L'ampleur de ce décalage est directement liée à la taille et à la forme des particules, qui consistent en deux aimants en nickel en forme de disque maintenus ensemble par des poteaux non magnétiques. Les divers décalages de fréquence radio peuvent être mappés sur le spectre des couleurs de la lumière visible.
Nous pouvons concevoir la couleur que nous voulons, explique Gary Zabow, un physicien de la division électromagnétique du NIST qui dirige le développement des particules. En utilisant des techniques de microfabrication qui sont standard dans l'industrie informatique, dit-il, nous obtenons ces couleurs en contrôlant la forme exacte des particules.
Les micro-aimants ne décalent la fréquence que des ondes radio émises par l'eau se déplaçant entre leurs disques constitutifs. Si cet espace est bloqué, dit Zabow, les particules n'ont aucun effet sur le signal de l'IRM. Par conséquent, les micro-aimants pourraient agir comme des capteurs chimiques miniatures. Vous pouvez volontairement bloquer l'espace avec un matériau qui fond à une certaine température ou qui est d'une manière ou d'une autre réactif, se dilatant ou se rétrécissant dans des conditions spécifiques à l'intérieur du corps, explique Zabow.
Des agents de contraste pour l'IRM existent déjà, et certains d'entre eux peuvent même cibler des tissus ou des types cellulaires particuliers. Comme les micro-aimants du NIST, ces agents rendent une partie de l'image plus claire ou plus sombre en déplaçant les radiofréquences émises par les protons. Contrairement aux particules du NIST, cependant, elles sont fabriquées à l'aide de techniques chimiques, de sorte que les dimensions de leurs particules ne peuvent pas être soigneusement contrôlées. En conséquence, ils décalent les fréquences des signaux des protons de manière imprévisible. En moyenne, ils offrent un contraste avec le signal IRM standard, mais ils ne peuvent pas offrir de distinctions locales plus précises.
Si vous deviez mettre en place deux [ces agents], vous ne pourriez pas faire la différence entre eux, dit Richard Bowtell , professeur de physique à l'Institute of Neuroscience de l'Université de Nottingham, en Angleterre. Chaque particule du NIST, cependant, produit une signature distincte. Si vous les mettez tous en même temps, vous pouvez voir quel signal appartient à quel signal, dit Bowtell.
Les micro-aimants, décrits cette semaine dans la revue La nature , ont jusqu'à présent été fabriqués à partir de nickel, qui est toxique. Mais Zabow dit qu'ils pourraient facilement être fabriqués à partir de fer, qui est non toxique et magnétique. Les chercheurs explorent l'idée d'utiliser les particules comme capteurs des conditions physiologiques à l'intérieur du corps, dit Zabow, mais il prévient qu'ils ne font que maintenant le premier pas dans cette direction, en planifiant des tests dans les cellules.