Etude métabolique énergétique in-vivo par IRM-CEST du glucose

par Yohann Mathieu-daude

Projet de thèse en Imagerie et physique médicale

Sous la direction de Julien Valette.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering , en partenariat avec Laboratoire des maladies neurodégéneratives : mécanismes, thérapies, imagerie (laboratoire) et de Faculté des sciences d'Orsay (référent) depuis le 04-02-2019 .


  • Résumé

    Le glucose est la principale source de production d'énergie, en particulier dans le cerveau. Des preuves convaincantes indiquent le rôle clé que pourraient jouer les défauts du métabolisme du glucose dans plusieurs maladies neurodégénératives. Une nouvelle modalité d'imagerie par résonance magnétique (appelée transfert de saturation par échange chimique ou CEST en anglais) a été proposée pour imager le glucose de façon non-invasive avec des résolutions spatiale et temporelle élevées. Cette méthode d'imagerie par résonance magnétique (IRM) appelée glucoCEST pourrait offrir un nouvel outil pour cartographier le métabolisme énergétique dans le cerveau de souris et des rats, aussi bien en conditions saines que pathologiques. Cependant, cette méthode est actuellement limitée par le manque de spécificité. En effet, seuls les changements relatifs du signal glucoCEST sont rapportés. Cependant, de telles mesures fournissent relativement peu d'informations sur les variations absolues de la concentration en glucose et de ses produits de dégradation par voie glycolytique dans le cerveau. En plus de l'aspect méthodologique des acquisitions CEST, l'aspect quantitatif est actuellement l'une des limites majeures de l'imagerie CEST qui empêche le transfert de cette technique en clinique pour des applications chez des patients. Dans ce contexte, les objectifs de ce projet sont d'abord de repousser les limites de l'imagerie CEST grâce à des développements méthodologiques pointus. Ensuite, nous développerons des outils innovants pour quantifier le signal glucoCEST afin d'établir des cartes quantitatives de l'utilisation du glucose in vivo en utilisant des modèles pharmacocinétiques. Enfin, nous démontrerons que notre méthode peut constituer un biomarqueur pertinent des altérations du métabolisme énergétique cérébral dans la maladie d'Alzheimer en utilisant un modèle de souris déjà bien caractérisé.

  • Titre traduit

    Study of energy metabolism using CEST-MRI of glucose


  • Résumé

    Glucose is the main source of energy production, particularly in the brain. Compelling evidence indicates a key role of glucose metabolism defects in several neurodegenerative diseases. A new magnetic resonance imaging modality (chemical exchange saturation transfer or CEST), has been proposed to image glucose non-invasively with high spatial and temporal resolutions. This magnetic resonance imaging (MRI) method called glucoCEST could offer a new tool to map energy metabolism in healthy and pathological mouse brain. However, this method is currently limited by the lack of specificity. Indeed, only relative changes in glucoCEST signal are reported but such measurements provide little information about absolute variations of glucose concentration and its degradation products through glycolytic pathway into the brain. In addition to the methodological aspect of the CEST acquisitions, the quantitative aspect is currently one of the major limitations of CEST imaging which prevents the transfer of the technique for clinical applications. In this context, the goals of this project are first to push methodological developments of glucoCEST acquisition, then to develop innovative tools to quantify the glucoCEST signal in order to establish quantitative maps of glucose utilization in vivo using pharmacokinetics models, and finally, to demonstrate that our method may be a relevant biomarker of brain energy metabolism alterations in Alzheimer's disease using a well characterized mouse model.