Nouvelles sondes fluorescentes dans le spectre infrarouge sensibles au potentiel pour l'imagerie fonctionnelle de l'activité électrique cardiaque et cérébrale in vivo – VSDIR

Traditionnellement, les activités électriques du cœur et du cerveau sont mesurées depuis plus de 100 ans par les techniques électrocardiographiques (ECG) et électroencéphalographiques (EEG). Depuis maintenant une trentaine d’années les activités électriques de ces tissus excitables, cœur ou cerveau, peuvent aussi être visualisées par des sondes fluorescentes. Le principe est simple, une molécule chimique fluorescente est introduite dans les membranes des cellules. Les propriétés de fluorescence de ces molécules vont être modifiées par les changements du potentiel membranaire des cellules marquées, en bref le signal électrique de l’activité du tissu est transformé en signal optique. Ces sondes sont connues plus sous le vocable anglo saxon « Voltage Sensitive Dyes » ou VSDs.
Elles permettent de suivre les changements de potentiel au niveau du tissu entier et de faire une imagerie complète par exemple du cœur en action. Elles permettent aussi de travailler à l’échelle d’une seule cellule.
Les techniques électrophysiologiques et l’imagerie par VSD ont les mêmes constantes de temps mais l’imagerie VSD est tout à fait supérieure par sa résolution. Une résolution cellulaire est théoriquement possible pour l’imagerie par VSD. Pour obtenir une résolution cellulaire en électrophysiologie, il faut mettre une électrode en contact direct avec la cellule enregistrée, ceci est possible si l’on suit l’activité d’un nombre limité de cellules dans des modèles expérimentaux animaux mais devient rigoureusement impossible en clinique humaine.
Au vu du déferlement de techniques d’imagerie fonctionnelle les plus sophistiquées utilisant l’optique, on peut se demander pourquoi les sondes fluorescentes sensibles au potentiel ne sont pas encore utilisées en clinique humaine. Elles sont très utilisées dans les modèles animaux des chercheurs en cardiologie et en neuroscience. Cependant, les sondes disponibles actuellement ne sont pas dénuées de toxicité ce qui explique leur non-utilisation chez l’homme. La préparation de nouvelles sondes non-toxiques est une nécessité absolue pour permettre le développement de cette nouvelle imagerie en clinique.
Dans le cadre du développement de nouvelles sondes VSD, un des objectifs de ce programme mené sera d’améliorer les propriétés intrinsèques des sondes VSD. Les sondes actuelles présentent un spectre d’excitation et d’émission dans le visible et l’absorption importante de la lumière dans les tissus à ces longueurs d’onde nécessite une forte illumination. Cette forte illumination est source d’une phototoxicité. Notre projet est centré sur le développement et l’utilisation en cardiologie et en neurologie de nouvelles sondes non toxiques et dont les propriétés de fluorescence sont dans le proche infrarouge avec une excitation au dessus de 700 nm et une émission au dessus de 800 nm. Ce choix de longueur d’onde est optimal, il évite l’absorption importante de l’hémoglobine (433-577 nm) et l’absorption par l’eau au dessus de 850 nm.
Le projet est centré sur la synthèse et l’utilisation de nouvelles sondes utilisables en clinique humaine pour des applications en cardiologie et en neurologie. Déjà une dizaine de molécules appartenant à trois familles différentes ont été synthétisées. Elles seront validées in vitro sur des cultures neuronales et in vivo dans des modèles de réactivité corticale chez la souris mais aussi chez le singe. En cardiologie, l’utilisation de ces sondes permettra de déterminer sur des préparations de cœur isolé et perfusé la dynamique spatio-temporelle de l’origine de l’activité électrique cardiaque et ce en particulier lors d’arythmies. Finalement si ces sondes ne présentent pas de toxicité elles seront utilisées en neurochirurgie afin de localiser avec précision les foyers épileptogènes corticaux et ainsi de guider en peropératoire le neurochirurgien dans son exérèse du tissu pathologique.
Si ce programme est mené à bien, il sera l’amorce d’un programme plus vaste du type « Saut Technologique ».