Relaxation dipolaire (T1D) dans la myéline : une approche par IRM du transfert d’aimantation inhomogène (ihMT) et RMN Jeener-Broekaert

Dipolar order relaxation (T1D) in myelin : a combined inhomogeneous MT (ihMT) MRI and Jeener-Broekaert NMR approach

• Auteur / Autrice : Victor Nunes Dourado de Carvalho
• Direction : Guillaume Duhamel, Pierre Thureau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 27/05/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de résonance magnétique biologique et médicale (Marseille) - Institut de Chimie Radicalaire (ICR) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Erick Joël Dufourc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Erick Joël Dufourc, Shaihan Malik, Lucia Calucci, Olivier Girard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Shaihan Malik, Lucia Calucci

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance magnétique nucléaire biomoléculaire

Lipides

Dynamique moléculaire

Myéline

Imagerie par résonance magnétique

Mots clés libres

Temps de relaxation dipolaire (T1D)

Transfert d'aimantation inhomogène (ihMT)

Contrast d’IRM

Séquence Jeener-Broekaert

Myéline

Lipides

Dynamique moléculaire

Résonance Magnétique Nucléaire (RMN)

Imagerie par Résonance Magnétique (IRM).

Dipolar relaxation time (T1D)

Inhomogeneous magnetization transfer (ihMT)

MRI contrast

Jeener-Broekaert sequence

Myelin

Lipids

Molecular dynamics

Nuclear Magnetic Resonance (NMR)

Magnetic Resonance Imaging (MRI).

Résumé

Le transfert d’aimantation inhomogène (ihMT) est une technique IRM qui permet d’accéder in vivo au contenu de myéline dans le système nerveux central. La technique ihMT met en évidence des effets d’ordre dipolaire pondérés par le temps de relaxation dipolaire, T1D. T1D est modulé par la dynamique moléculaire, fournissant néanmoins une sensibilité plus accrue aux processus liés aux mouvements lents. Accéder aux valeurs de T1D représente une nouvelle voie d’investigation dans la caractérisation des tissus biologiques et des pathologies associées. IhMT est hautement spécifique de la myéline, et pourrait être utilisée in vivo pour aider au diagnostic et au suivi des patients atteints de sclérose en plaques. Des expériences ont suggéré l’existence de plusieurs composantes T1D dans les tissus myélinisés probablement due à une mobilité moléculaire hétérogène. Une méthode de RMN, technique Jeener-Broekaert, a été utilisée dans ce travail afin de mieux appréhender la relaxation T1D dans les membranes. Avec cette séquence, une relaxation T1D multi-composante a été observé dans des membranes lipidiques synthétiques, simulant la myéline. Ce travail propose un nouveau modèle quantitatif ihMT permettant de considérer plusieurs composantes T1Ds. Des cartes T1D quantitatives ont ainsi été générées. L’application du modèle proposé a permis de révéler l’existence de deux composantes T1Ds, une courte de l’ordre de 500 μs et une longue de l’ordre de 10 ms, dans la moelle épinière de rat. La mesure combinée de T1D par RMN JB et IRM ihMT permettra de caractériser plus précisément les composantes de composition, structure et dynamique moléculaire des membranes contribuant au signal ihMT.

Inhomogeneous magnetization transfer (ihMT) is a MRI technique that enables accurate measurement of myelin content in the central nervous system in vivo. ihMT highlights the dipolar order effects and is weighted by the associated relaxation time T1D. T1D is modulated by molecular dynamics, however it provides additional sensitivity to slow motional processes. Hence assessing T1D is important to add new information to characterize biological tissues and associated pathophysiology. ihMT and other MRI techniques can be used to evaluate myelin in vivo, and help diagnosis and follow-up of multiple sclerosis patients. New experiments have suggested that myelinated tissues and membranes would exhibit multiple T1D components probably due to a heterogeneous molecular mobility and relatively slow magnetization mixing mechanisms. To better understand T1D relaxation, the presented work uses a NMR method, the Jeener-Broekaert sequence. With this sequence, multi-T1D relaxation was observed on synthetic lipid membranes, surrogate models of myelin. This work proposes a new ihMT model with two dipolar order reservoirs and associated T1Ds. Quantitative T1D maps were generated. Implementation of the proposed model found short and long T1D on the order of 500 μs and 10 ms, respectively, in fixed rat spinal cord. Combining NMR and MRI assessments of T1D may help understand what states of myelin, in terms of composition, structure and molecular dynamics, contribute to the ihMT signal in vivo.