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Une IRM hyperpolarisée prête à transformer l’imagerie médicale

L’imagerie par résonance magnétique est une forme très efficace d’imagerie médicale, bien qu’elle ait certaines limites. Un projet financé par l’UE utilise les propriétés quantiques innées des diamants pour repousser les limites de la technologie, tout en réduisant les coûts.

Santé

Les progrès en matière de techniques d’imagerie médicale ont permis aux scientifiques et aux professionnels de la santé d’observer les processus à l’intérieur de l’organisme avec une clarté accrue et extraordinaire. Les méthodes d’imagerie moléculaire non invasive telles que l’imagerie par résonance magnétique (IRM) ont été largement adoptées dans la prise en charge des patients atteints d’un cancer, la recherche en sciences de la vie et en médecine ainsi que la découverte et le développement de médicaments. «De nombreux atomes de notre organisme ont une signature du moment magnétique nucléaire. En termes simples, ces atomes agissent comme un petit barreau aimanté et l’IRM détecte le champ magnétique qu’ils créent. Nous ne pouvons pas changer la puissance de ces moments magnétiques, mais nous pouvons aspirer à les disposer tous en parallèle afin que leurs champs s’additionnent», explique Martin Plenio, directeur de l’Institut de physique théorique et du Centre de biosciences quantiques à l’Université d’Ulm. Le processus pour y parvenir est appelé hyperpolarisation moléculaire, et peut être incorporé à l’IRM pour renforcer ses performances. Toutefois, les méthodes actuelles pour atteindre cette hyperpolarisation sont coûteuses et limitées. Le projet HYPERDIAMOND, financé par l’UE, fait avancer la technologie de l’IRM hyperpolarisée en exploitant les propriétés quantiques des centres colorés des diamants, à l’aide de pulsations laser courtes. HYPERDIAMOND a créé deux nouvelles plateformes pour l’hyperpolarisation, augmentant ainsi l’efficacité, réduisant les coûts et diversifiant considérablement les applications potentielles de l’imagerie hyperpolarisée. Tout comme l’IRM, les systèmes d’imagerie hyperpolarisée ont une résolution spatiale élevée, ne présentent pas de rayonnements nocifs et ont une grande disponibilité dans les principaux hôpitaux et universités du monde. En outre, ce type d’imagerie est extrêmement rapide, pouvant effectuer des examens en seulement quelques minutes. «L’IRM hyperpolarisée devient rapidement l’une des principales méthodes à la frontière de l’imagerie moléculaire, notamment pour l’imagerie métabolique, et elle a fourni des informations uniques sur la caractérisation et la réponse des tumeurs cancéreuses», explique Martin Plenio.

De nouvelles plateformes

L’équipe du projet HYPERDIAMOND a mis au point la Diamond Hyperpolarizer, une solution d’imagerie hyperpolarisée rentable et rapide. Les systèmes actuels de pointe requièrent des aimants supraconducteurs onéreux, remplacés dans ce cas par un système abordable à laser et à micro-ondes. Grâce à ce système, l’hyperpolarisation peut avoir lieu à température ambiante en seulement cinq minutes, par rapport aux 60-90 minutes à 1 degré Kelvin nécessaires dans les systèmes actuels. La solution Diamond Hyperpolarizer peut servir à hyperpolariser des métabolites, à savoir des produits de réactions métaboliques à l’intérieur des cellules. Cela ouvre la porte au profilage métabolique de chaque patient, ce qui pourrait améliorer considérablement le diagnostic et le traitement de diverses maladies. Le deuxième accomplissement est la Nanodiamond Probe, la première sonde IRM capable d’atteindre une sensibilité moléculaire comparable à celle des tomographies par émission de positrons (TEP) avec des systèmes IRM. La Nanodiamond Probe génère des signaux de résonance magnétique plus grands en raison de la densité élevée des isotopes de carbone des diamants, qui améliorent les capacités de l’imagerie. La combinaison des deux systèmes est susceptible de multiplier le signal de l’IRM par 1010.

Des applications avancées

«La réalisation de l’IRM hyperpolarisée aura des avantages allant bien au-delà d’une simple amélioration en matière de vitesse ou de précision, car pour la première fois elle permettra d’accéder à l’observation de processus métaboliques dans des tissus vivants par le biais de l’IRM», ajoute Martin Plenio. Cela permettra de mettre en place de nouvelles manières d’évaluer les stades des tumeurs et de renforcer l’efficacité de la chimiothérapie, afin d’obtenir des résultats en quelques jours, et non pas en quelques semaines ou quelques mois. NVision Imaging Technologies, partenaire du projet, entend développer cette technologie de façon à ce qu’elle soit adaptée à un fonctionnement en milieu hospitalier.

Mots‑clés

HYPERDIAMOND, IRM, imagerie, diamant, isotopes de carbone, médical, hyperpolarisé

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