Développement de l’IRM du poumon rehaussée par polarisation dynamique nucléaire : vers l’imagerie de la protéolyse

Lung MRI Development enhanced by dynamic nuclear polarization : toward proteolysis imaging

• Auteur / Autrice : Angélique Rivot
• Direction : Éric Thiaudière
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bioimagerie
• Date : Soutenance le 03/12/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Résonance Magnétique des Systèmes Biologiques
• Jury : Président / Présidente : Daniel Abergel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Thiaudière, Daniel Abergel, Serge Akoka, Florence Franconi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serge Akoka

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarisation (physique nucléaire)

Protéases

Imagerie par résonance magnétique

Poumon -- Maladies

Mots clés libres

IRM

PDN

Protéolyse

Poumon

MRI

DNP

Proteolysis

Lung

Résumé

Les maladies inflammatoires pulmonaires tels que la mucoviscidose et le BPCO, ont pour point commun un influx important de neutrophiles qui libèrent des protéases, responsables des lésions tissulaires et de la perte progressive de fonction. À ce jour, il n'existe aucune méthode permettant d'évaluer l'activité des protéases dans le poumon in vivo. Une telle méthode permettrait un diagnostic précoce de tout déséquilibre protéase / inhibiteur bien avant la détection des lésions pulmonaires par des méthodes d'imagerie anatomique ainsi que l'évaluation de thérapies avec des inhibiteurs de protéases. L'IRM rehaussée par Polarisation dynamique nucléaire (PDN) est une approche possible pour révéler de telles activités enzymatiques en utilisant des nitroxydes spécifiques. Cependant, l’imagerie du poumon par IRM est encore aujourd’hui exigeante, en raison des propriétés intrinsèques à l'organe. Dans la nécessité d'obtenir du signal dans le poumon en IRM, une séquence radiale est souvent privilégiée. En effet, les trajectoires radiales bénéficient de nombreuses avantages comme leur faible sensibilité aux artefacts de mouvements ainsi que la possibilité de sous-échantillonner les acquisitions. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de développer une séquence 3D à Temps d'Echo Ultra court sur un nouveau système IRM bas champ (0.2T) et de la comparer à une séquence robuste utilisant l'écho de spin. Les deux méthodes ont été implémentés au système afin d'obtenir des images en 3D en un temps d’acquisition limité. Après leur évaluation in vitro, leur utilisation in vivo chez la souris donnent accès à la biodistribution de nitroxydes dans le poumon, dont un substrat de l'élastase du neutrophile. L'IRM rehaussée a par ailleurs permis d'évaluer in vitro les activités enzymatiques de protéases à sérine dans le cas de poumons infectés.

Pulmonary inflammatory diseases such as cystic fibrosis and COPD, have in common a high influx of neutrophils that secrete proteases responsible for tissue injury and the progressive loss of lung function. To date there is no method able to assess lung enzyme activity in vivo. Such a method would allow an early diagnostic of any protease/inhibitor imbalance long before the detection of pulmonary lesions by anatomical imaging methods. Lungs function could thus be preserved with protease inhibitors. MRI enhanced by dynamic nuclear polarization (DNP) is an approach that reveal proteolytic activity through specific nitroxide. However, lung imaging by MRI is demanding, because of intrinsic properties. In order to obtain signal in the lung by MRI, a radial sequence imaging is often favorable. Indeed, radial trajectories benefit from various advantages like their low sensitivity to motion artefacts as well as the opportunity to highly undersample acquisitions. Thus the aim of this thesis was to develop a 3D Ultra Short Echo Time sequence on a new low field MRI system (0.2T). This sequence has been compared to a robust spin echo sequence. Both methods have been implemented in the system to obtain 3D images in a limited acquisition time. After their in vitro evaluation, their in vivo use in mice gives access to the biodistribution of nitroxides in the lung, like substrate of neutrophil elastase. Enhanced MRI allowed in vitro monitoring of the enzymatic activities of serine proteases inthe case of infected lungs.