Imagerie cellulaire par IRM à l'aide de nanoparticules superparamagnétiques anioniques : faisabilité et application à la thérapie cellulaire

par Pierre Smirnov

Thèse de doctorat en Physique. Imagerie médicale

Sous la direction de Olivier Clément.

Soutenue en 2006

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

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Résumé

Le but de ce travail de thèse a été de montrer la faisabilité, les limites et les perspectives de l'imagerie cellulaire en IRM, en utilisant comme marqueur de cellules des nanoparticules superparamagnétiques anioniques, ainsi que les applications potentielles en thérapies cellulaires. Un premier travail a porté sur l'étude du marquage magnétique à l'aide des nanoparticules, et son impact sur le phénotype et la viabilité cellulaire. Le marquage cellulaire aux nanoparticules n'affecte pas la viabilité. Les propriétés de contraste et de détection des cellules en IRM après marquage ont ensuite été étudiées. Différents aspects physiques rencontrés en IRM ont été abordé, ainsi que leur impact et leur pertinence en imagerie cellulaire. L'étude suivante a mis en évidence la possibilité de pouvoir suivre in vivo, après injection par voie intrapéritonéale, une population cellulaire à caractère lymphoïde (hybridomes) en IRM clinique à 1,5 T. Nous avons ensuite étudié, dans un contexte de thérapie cellulaire anticancéreuse, la redistribution in vivo de lymphocytes portant un récepteur spécifique d'une tumeur. À 7 T les résultats ont montré un premier homing des lymphocytes vers la rate 24 h suivant leur injection par voie intraveineuse, suivi de leur redistribution vers la tumeur entre 24 et 72 h. Ces résultats ont été reproduits sur une IRM clinique à 1,5 T. Enfin, une dernière partie montre quelques résultats préliminaires concernant l'imagerie quantitative par IRM, ainsi que la vectorisation magnétique de cellules marquées aux nanoparticules superparamagnétiques.

Résumé

The aim of this work was to study the feasibility, the limits of cellular imaging by MRI, using anionic superparamagnetic nanoparticles as cell labeling, as well as the potential applications in cellular therapies. A first work concerned magnetic labeling study using anionic nanoparticles, and its impact on the phenotype and cellular viability. Cellular labeling with the nanoparticles does not affect viability. The properties of contrast and detection of cells by MRI after labeling were then studied. Various physical MRI aspects were studied, and their impact and relevance in cellular imaging. The following study was an in vivo cellular imaging feasibility, using a 1. 5 T clinical magnet, after injection by intraperitoneal pathway of a lymphoid cellular population (hybridomas). We then studied, in a cell-based anticancer therapy context, the in vivo redistribution of tumor-specific lymphocytes. At 7 T the results showed first homing lymphocytes towards the spleen 24 hrs following their injection by intravenous pathway, followed by their redistribution towards the tumour between 24 and 72 hrs. These results were reproduced on a clinical MRI at 1. 5 T. The last part shows some preliminary results relating to the quantitative imaging by MRI, as well as the magnetic vectorization of cells labeled with superparamagnetic anionic nanoparticles. Key words: Cellular imaging, MRI, superparamagnetic nanoparticles, cellular therapy.