Imagerie chimique 3D de tumeurs du cerveau

3D chemical imaging of brain tumors

• Auteur / Autrice : Abiodun Ogunleke
• Direction : Cyril Petibois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance le 18/03/2019
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Angiogenèse et Microenvironnement des Cancers (Bordeaux ; 2011-2021)
• Jury : Président / Présidente : Sophie Javerzat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyril Petibois, Sophie Javerzat, Dhruvananda Ganesh Sockalingum, Wojciech M. Kwiatek
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dhruvananda Ganesh Sockalingum, Wojciech M. Kwiatek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse

Tumeurs cérébrales

Histologie 3D

Imagerie infrarouge

Lasers à cascade quantique

Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de

Tomographie

Études cliniques

Gliomes

Cancérologie

Mots clés libres

Imagerie IRTF

Imagerie IR-QCL

Imagerie chimique 3D

Pathologie numérique

Test clinique

FTIR microscopy

QCL-IR imaging

3D chemical imaging

Digital pathology

Clinical test

Résumé

L'histologie tridimensionnelle (3D) est un nouvel outil avancé de cancérologie. L'ensemble du profil chimique et des caractéristiques physiologiques d'un tissu est essentiel pour comprendre la logique du développement d'une pathologie. Cependant, il n'existe aucune technique analytique, in vivo ou histologique, capable de découvrir de telles caractéristiques anormales et de fournir une distribution3D à une résolution microscopique. Nous présentons ici une méthode unique de microscopie infrarouge (IR) à haut débit combinant une correction d'image automatisée et une analyse ultérieure des données spectrales pour la reconstruction d'image 3D-IR. Nous avons effectué l'analyse spectrale d'un organe complet pour un petit modèle animal, un cerveau de souris avec une tumeur de gliome implantée. L'image 3D-IR est reconstruite à partir de 370 coupes de tissus consécutives et corrigée à l'aide du tomogramme à rayons X de l'organe pour une analyse quantitative précise du contenu chimique. Une matrice 3D de spectres IR 89 x 106 est générée, ce qui nous permet de séparer la masse tumorale des tissus cérébraux sains en fonction de divers paramètres anatomiques,chimiques et métaboliques. Nous démontrons pour la première fois que des paramètres métaboliques quantitatifs (glucose, glycogène et lactate) peuvent être extraits et reconstruits en 3D à partir des spectres IR pour la caractérisation du métabolisme cérébral / tumoral (évaluation de l'effet de Warburg dans les tumeurs). Notre méthode peut être davantage exploitée en recherchant l'ensemble du profil spectral, en distinguant différents points de repère anatomiques dans le cerveau.Nous le démontrons par la reconstruction du corps calleux et de la région des noyaux gris centraux du cerveau.

Three-dimensional (3D) histology is a new advanced tool for cancerology. The whole chemical profile and physiological characteristics of a tissue is essential to understand the rationale of pathology development. However, there is no analytical technique, in vivo or histological, that is able to discover such abnormal features and provide a 3D distribution at microscopic resolution.Here, we introduce a unique high- throughput infrared (IR) microscopy method that combines automated image correction and subsequent spectral data analysis for 3D-IR image reconstruction. I performed spectral analysis of a complete organ for a small animal model, a mouse brain with animplanted glioma tumor. The 3D-IR image is reconstructed from 370 consecutive tissue sectionsand corrected using the X-ray tomogram of the organ for an accurate quantitative analysis of thechemical content. A 3D matrix of 89 x 106 IR spectra is generated, allowing us to separate the tumor mass from healthy brain tissues based on various anatomical, chemical, and metabolic parameters. I demonstrate for the first time that quantitative metabolic parameters (glucose, glycogen and lactate) can be extracted and reconstructed in 3D from the IR spectra for the characterization of the brain vs. tumor metabolism (assessing the Warburg effect in tumors). Our method can be further exploited by searching for the whole spectral profile, discriminating different anatomical landmarks in the brain. I demonstrate this by the reconstruction of the corpus callosum and basal ganglia region of the brain.