Chercheurs participants : S. Lori BRIDAL et Jérôme GATEAU

L’imagerie photoacoustique apporte un contraste moléculaire basé sur la détection d’ondes ultrasonores produites via l’absorption optique. Cette modalité d’imagerie biomédicale s’est développée depuis les années 2000. Elle apporte une sensibilité complémentaire à l’imagerie échographique par sa sensibilité à des molécules ou des nanoparticules colorées, et bénéficie de la résolution spatiale inférieure au millimètre de la détection ultrasonore.

Deux types d’agents colorés nous intéressent particulièrement. Tout d’abord, l’hémoglobine qui donne sa couleur rouge au sang et dont la couleur varie avec le niveau d’oxygénation du sang. L’oxygénation locale peut renseigner sur la consommation d’oxygène des tissus. Cette information, difficilement accessible jusqu’alors, peut être importante pour comprendre le métabolisme de tumeurs et pour orienter le traitement. Le second type d’agents concerne les nanoparticules thérapeutiques, qui peuvent être naturellement colorées ou auxquelles un colorant est ajouté. Les traitements par nanoparticules thérapeutiques, sont en développement pour traiter les tumeurs et l’arthrite, deux problèmes majeurs de santé publique. Un obstacle clé pour leur application est la variabilité de leur distribution dans la zone à traiter, qui peut être spatialement hétérogène et qui peut différer significativement d’un patient à un autre ou en fonction de l’évolution de la pathologie. L’imagerie photoacoustique pourrait offrir une solution pour quantifier cette accumulation, permettant ainsi d’évaluer l’efficacité du traitement pour chaque individu dans une démarche de médecine personnalisée.

Nos travaux portent sur deux axes complémentaires : (1) le développement de l’imagerie photoacoustique volumétrique, afin de cartographier les différents absorbeurs optiques en trois dimensions, et multispectrale, afin de séparer les types d’absorbeurs suivant leur couleur (spectre d’absorption) et (2) la caractérisation quantitative des solutions de nouvelles nanoparticules colorées à partir de la mesure de leur émission ultrasonore et leur réponse photoacoustique.

Pour le premier volet, nous élaborons différentes méthodes pour enregistrer et reconstruire, avec un même capteur ultrasonore, des informations volumétriques moléculaires données par l’imagerie photoacoustique et des informations anatomiques (imagerie échographique, B-mode) ou fonctionnelles (ultrasound localization microscopy, ULM, de la microcirculation). Pour le second volet, nous avons développé une méthode de spectroscopie photoacoustique quantitative qui nous permet de caractériser des solutions aqueuses d’agents absorbants pour déterminer leur capacité à transformer la lumière en chaleur et en ultrasons. Ce second volet ouvre sur une compréhension plus fine de l’effet photoacoustique à l’échelle nanométrique.

Nous collaborons avec plusieurs équipes de recherche dans le domaine de la chimie pour la synthèse de particules, leur marquage et leur caractérisation, dans le domaine des mathématiques pour la reconstruction d’images, et dans le domaine de la biologie pour les applications biomédicales.

Projets principaux en cours :

• Développement de méthodes d’imagerie volumétrique (3D) combinant imagerie photoacoustique et imagerie ultrasonore (B-mode ou ULM).
• Caractérisation photoacoustique et quantitative d’agents photoacoustique dans le proche infra-rouge.
• Évaluation spectrale de paramètres photoacoustiques (conversion lumière-chaleur, conversion chaleur-pression) d’agents nanométriques en solution aqueuse.