Si vous avez la chance de n’avoir jamais visité l’intérieur d’un appareil IRM auparavant, alors vous les connaissez probablement encore : d’énormes objets en forme d’anneau qui engloutissent une personne et la scannent bruyamment pour créer des images 3D détaillées à des fins de diagnostic. Depuis leur introduction dans le monde médical il y a plus de quatre décennies, les appareils IRM ont permis aux cliniciens et aux chercheurs d’utiliser les données 3D à diverses fins de diagnostic et de recherche. Mais comme pour chaque machine, des mises à niveau constantes sont proposées pour améliorer tel ou tel aspect, qu’il s’agisse de la taille, du coût, du bruit, des fonctions ou des capacités.

Une IRM typique fonctionne en créant un grand champ magnétique. Cela force les protons des molécules d’eau du corps ou de l’échantillon à s’aligner. La machine émet alors des ondes radio qui désalignent ces protons, de sorte qu’ils se remettent en alignement sous la force du champ magnétique. En se réalignant, les protons émettent un signal radio révélateur que la machine détecte et utilise pour identifier le type de tissu d’où provient le signal. Mais comme vous l’avez peut-être déjà compris, cela signifie que les appareils IRM classiques se limitent à la détection d’échantillons riches en eau. Les chercheurs ont donc cherché un moyen d’élargir la portée de ce que les machines peuvent détecter, et c’est là qu’interviennent les nouvelles recherches du Département de chimie.

« Une manière établie d’améliorer les détails et le contenu informatif des images IRM consiste à utiliser des cibles chimiques dans le patient ou l’échantillon. Le DNP fonctionne de cette façon, mais nécessite des agents pour polariser les molécules cibles, ce qui nécessite généralement des températures extrêmement froides, ou cryogéniques, et des conditions de champ magnétique élevé. Mais nous avons démontré un moyen plus simple de polariser les cibles », a déclaré le professeur Nobuhiro Yanai du département de chimie. « Nos travaux montrent qu’en utilisant des molécules spécialement conçues appelées fullerènes, nous pouvons augmenter le taux de polarisation à 14,2 % dans un échantillon de matériau désordonné ressemblant à du verre. Ce niveau est suffisamment élevé pour les applications biologiques où un seuil de 10 % est le minimum souhaité ; sinon, les molécules polarisées se désintègrent trop rapidement pour que leurs signaux produisent des images utiles. « 

Les fullerènes, également connus sous le nom de buckyballs, sont des réseaux géométriques 3D d’atomes de carbone qui ont attiré l’attention des chercheurs car ils peuvent être modifiés de différentes manières pour créer des matériaux fonctionnels. Dans ce cas, Yanai et son équipe ont ajouté certaines modifications aux fullerènes qui empêchaient leurs rotations de telle sorte qu’ils restent polarisés. Lorsqu’ils sont placés dans un échantillon, les électrons de ces fullerènes transfèrent leur polarisation de spin aux noyaux des atomes proches, et c’est cette polarisation qui se traduit par des signaux plus forts que les capteurs d’imagerie doivent détecter. Et tout ce que les chercheurs doivent faire pour convaincre leurs fullerènes spéciaux, appelés isomères trans-3a, de le faire, c’est de les éclairer d’un certain type.

« La polarisation des cibles se fait à l’extérieur du corps. Après polarisation, l’échantillon est dissous et le fullerène, qui pourrait être nocif, est éliminé avant l’injection à un patient hypothétique », a déclaré Keita Sakamoto, étudiante diplômée. « Parce que cette méthode, triplet-DNP, évite le besoin d’un liquide de refroidissement à l’hélium, elle peut fonctionner sur un équipement beaucoup plus simple et moins coûteux. Elle permet également de polariser en masse des sondes chimiques de diagnostic comme le pyruvate ou des médicaments anticancéreux que l’IRM conventionnelle ne peut pas détecter. Notre prochain objectif est de développer des matrices biocompatibles afin que nous puissions hyperpolariser ces molécules médicalement importantes. Nous prévoyons de démontrer d’abord une IRM à haute sensibilité sur des modèles animaux. Si ces expériences réussissent et si les essais cliniques Ensuite, nous prévoyons que cette technologie pourrait atteindre de véritables contextes médicaux dans environ 10 à 20 ans.