Sur cette thématique de recherche nous développons des méthodes de “monitoring” ultrasonores pour le suivi de thérapies induites par ultrasons. Ces combinaisons s’appuient sur l’utilisation de systèmes multimodaux combinant les ultrasons à visée thérapeutique et une autre méthode d’imagerie.
Les projets en cours:
Nouvelles formulations d’agents de contraste moléculaires et nouvelles technologies pour des applications théranostiques en imagerie combinée PET / US en cancérologie: Projet IMPETUS
L’imagerie moléculaire fait partie de l’arsenal thérapeutiques des soins courants dans de nombreux cancers. En permettant aux médecins de visualiser des processus internes au niveau cellulaire, elle fournit des informations aidant à la détection, au traitement et au suivi du cancer. La tomographie par émission de positrons (TEP) associée à des radiotraceurs adaptés est la technique de référence pour l’imagerie fonctionnelle, métabolique et quantitative de biomarqueurs. L’échographie (US) est une modalité d’imagerie temps-réel fonctionnelle et anatomique pour le diagnostic. Sa capacité mécanique à perméabiliser les membranes joue également un rôle crucial en thérapie par l’amélioration de la délivrance de médicaments. IMPETUS vise à « synergiser » ces deux modalités pour générer des innovations théranostiques en oncologie; des innovations en chimie de formulation des agents de contraste US (MB), ciblage et radiomarquage; des innovations technologiques avec de nouveaux dispositifs CMUT et des transducteurs TEP-compatibles pour monitorer et sécuriser les protocoles de perméabilisation membranaire. Ensemble, ces développements feront de l’imagerie moléculaire quantitative US une réalité grâce à la combinaison de l’imagerie TEP avec des « radioMB ». De plus, la délivrance de médicaments par sono-perméabilisation vers des tissus sanctuarisés sera démontrée par la vectorisation de nanoparticules radiomarquées vers de tels tissus. Les preuves de concept seront établies sur un modèle de glioblastome, l’un des cancers les plus résistant à toutes les thérapies. Pour atteindre ces objectifs, un consortium de 3 laboratoires universitaires experts en radiochimie, physique, imagerie TEP et US (BioMaps), en formulation et délivrance de MB (CBM) et en dispositifs et technologies US (GREMAN) a été constitué. Le transfert clinique de ces innovations sera au coeur des préoccupations du consortium pour une meilleure prise en charge des patients.
Développement et validation d’un dispositif d’imagerie passive de la cavitation acoustique à travers le crâne humain: Projet CRANIUS
Le traitement des nombreuses pathologies cérébrales (glioblastome, Alzheimer, Parkinson) reste un défi majeur du fait de la présence de la barrière hémato-encéphalique (BHE) interdisant l’accès au cerveau à la plupart des médicaments. Les ultrasons (US) associés à l’injection de microbulles gazeuses apportent une solution prometteuse en perméabilisant localement et transitoirement cette barrière. Dans le cadre de la translation clinique de cette technologie, la dosimétrie du champ acoustique à travers le crâne humain doit être maîtrisée en temps réel pour assurer l’efficacité et la sécurité du protocole. L’intensité US doit être suffisamment importante pour induire une vibration des microbulles agissant sur la perméabilité des vaisseaux sanguins tout en restant suffisamment modérée afin d’éviter une implosion de ces microbulles induisant des dommages permanents. Ce projet vise à améliorer l’exploitation du signal de cavitation en proposant l’évaluation de capteurs US innovants, l’optimisation de leur positionnement sur le crâne du patient et l’implémentation d’une technique d’analyse ultra-rapide de la réponse des microbulles.
Imagerie super-résolue de la barrière hématoencéphalique pendant la thérapie ultrasonore du cerveau: Projet SUPERBHE
Depuis quelques années, une technique d’échographie super-résolue a été proposée afin de dépasser les limites de résolution imposées par l’échographie conventionnelle. Cette approche, nommée ULM, propose d’exploiter les techniques de reconstruction utilisées en imagerie optique. Ainsi, l’image obtenue n’est plus directement reconstruite à partir du signal rétrodiffusé par les microbulles mais divers algorithmes sont implémentés afin de suivre le déplacement de ces agents préalablement injectés dans le flux sanguin et reconstruire une cartographie du réseau vasculaire avec une résolution pouvant avoisiner les 5 µm. Selon la taille des vaisseaux et la vitesse du flux, le suivi du déplacement des microbulles peut nécessiter l’acquisition de plusieurs dizaines de milliers d’images sur plusieurs secondes. Le développement de cette approche a été possible grâce à l’imagerie en onde plane et à l’essor de nouveaux appareils échographiques ultra-rapides au cours de ces dernières années. Nous proposons ici d’observer par échographie super-résolue les variations vasculaires induites par les ultrasons thérapeutiques lors de l’ouverture de la BHE.
Les projets passés:
Correction d’aberrations en imagerie transcrânienne ultrasonore : Projet ECHOBRAIN
Le projet de recherche Echobrain vise à innover en imagerie par ultrasons transcrâniens (US). En effet, l’échographie cérébrale pourrait être beaucoup plus accessible que les techniques actuellement utilisées, telles que les rayons X ou l’imagerie par résonance magnétique (IRM), mais reste difficile en raison de la forte atténuation et de l’aberration du faisceau US lors de la traversée de l’os du crâne. La qualité de l’échographie transcrânienne peut être considérablement augmentée à condition que les distorsions du crâne puissent être prises en compte à l’émission, pour focaliser le faisceau à l’intérieur du cerveau; et à la réception, pendant le processus de formation de l’image. Ces distorsions peuvent être mesurées expérimentalement, mais nécessitent une procédure invasive utilisant généralement des sondes situées à l’intérieur de la zone à imager. Des modèles de propagation des ondes US, utilisant une description de la morphologie du crâne obtenue par IRM ou rayons X peuvent également être utilisés pour prédire ces corrections d’aberrations de manière non invasive. Ce projet se focalise sur une méthode de propagation simplifiée suffisante pour obtenir une correction satisfaisante du crâne. D’un point de vue technologique, il contribuera au développement de nouveaux scanners US dédiés à l’imagerie cérébrale basés sur une électronique ultrarapide programmable. D’un point de vue médical, pratiquement toutes les maladies du cerveau pourraient bénéficier de cette amélioration. Au final les développements issus de ce projet seront combinés aux méthodes de thérapie ultrasonore pour en améliorer et faciliter leur utilisation.
