Suivi cellulaire par imagerie : principe, méthodes et limites

Dans le sens documenté ici, le suivi cellulaire consiste à observer dans un organisme vivant la localisation, la survie, la migration ou la croissance de cellules à l’aide d’une technique non invasive telle que l’imagerie. [1] Il s’agit d’une famille de méthodes utilisée notamment pour étudier le devenir de cellules administrées dans le cadre de recherches sur les thérapies immunitaires contre le cancer ou sur les cellules souches destinées à réparer des tissus. [1] Le terme ne désigne donc pas une maladie, mais un domaine technologique comprenant plusieurs techniques dont les performances et les limites diffèrent. [1]

Pourquoi suivre des cellules dans l’organisme ?

Après leur introduction dans l’organisme, des cellules thérapeutiques peuvent mourir, survivre, migrer, se multiplier ou atteindre de façon variable le tissu visé. [1] Le suivi cellulaire cherche notamment à déterminer où vont ces cellules, combien survivent, combien de temps elles persistent et si elles se déplacent ou se multiplient. [1] Ces informations peuvent contribuer à la mise au point et à l’évaluation de thérapies cellulaires, mais elles ne suffisent pas à elles seules à démontrer un bénéfice clinique pour un patient. [1]

Quelles techniques d’imagerie peuvent être utilisées ?

L’imagerie par résonance magnétique, la tomographie par émission de positons et certaines méthodes optiques font partie des modalités étudiées pour suivre des cellules sans intervention invasive répétée. [1] Aucune de ces modalités ne s’impose dans toutes les situations, car chacune associe des avantages particuliers à des limites propres. [1] Les méthodes optiques offrent de nombreuses possibilités de marquage, mais la pénétration limitée de la lumière dans les tissus restreint surtout leur emploi aux tissus superficiels et aux petits organismes. [1] La tomographie par émission de positons est très sensible, mais le radiomarquage peut présenter une toxicité cellulaire, la durée du suivi est souvent limitée et la résolution spatiale est moins précise. [1] L’IRM permet une exploration en profondeur avec une résolution anatomique élevée, mais sa sensibilité pour détecter les cellules peut être limitée. [1]

Comment les cellules deviennent-elles visibles en IRM ?

En IRM, le suivi peut reposer sur un marquage direct des cellules ou sur un marquage indirect utilisant un gène rapporteur. [1] Lors d’un marquage direct, les cellules reçoivent un produit de contraste avant leur transfert dans l’organisme, ou certaines cellules présentes dans l’organisme captent un produit administré sur place. [1] Les nanoparticules d’oxyde de fer superparamagnétiques produisent généralement un contraste sombre sur certaines séquences d’IRM et constituent l’une des approches directes les plus employées en recherche. [1] D’autres agents contenant notamment du gadolinium, du manganèse ou du fluor ont été étudiés, avec des différences de contraste, de sensibilité et de toxicité potentielle. [1] Le marquage indirect modifie génétiquement les cellules afin qu’elles produisent une protéine capable de générer ou de modifier un signal d’IRM. [1] Cette approche peut réduire la perte de signal liée aux divisions cellulaires, car le gène intégré est transmis aux cellules filles tant qu’il reste exprimé. [1]

Quelles sont les limites du suivi cellulaire ?

Avec un marquage direct, le signal observé ne permet pas toujours de savoir si les cellules marquées sont encore vivantes. [1] Le produit de contraste libéré par des cellules mortes peut être capté par des cellules immunitaires, ce qui peut faire attribuer le signal aux mauvaises cellules. [1] En IRM conventionnelle, la quantité de signal ne permet pas toujours de calculer de manière fiable le nombre absolu de cellules présentes. [1] Quand les cellules se divisent, la quantité de produit de contraste par cellule diminue progressivement, ce qui limite la durée du suivi direct à une période dépendant du type cellulaire et de la méthode. [1] La toxicité éventuelle dépend à la fois du produit utilisé, de sa concentration et du type de cellule marqué. [1] Les gènes rapporteurs sont généralement moins sensibles que le marquage direct et peuvent modifier le fonctionnement cellulaire lorsque leur expression est trop élevée. [1] Le gène rapporteur peut aussi cesser d’être exprimé au cours des divisions ou de la différenciation, entraînant la disparition du signal attendu. [1]

Comment comprendre une mention de suivi cellulaire ?

La seule expression « suivi cellulaire » ne précise ni la population de cellules observée, ni la technique d’imagerie, ni le produit de marquage, ni l’objectif de l’étude. [1] Ces éléments sont indispensables pour comprendre ce qui est réellement mesuré, car chaque méthode possède une sensibilité, une durée de suivi et des limites d’interprétation différentes. [1] Les documents disponibles décrivent à la fois des applications précliniques et des travaux liés au développement clinique des thérapies cellulaires, sans établir un examen unique et standardisé destiné à tous les patients. [1]