Prix « Young Investigator Award » 2020 – Dr Matthieu Pelletier-Galarneau

8 mai 2020

Dans la catégorie Sciences fondamentales cardiovasculaires de la Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, le Dr Matthieu Pelletier-Galarneau, professeur adjoint de clinique au Département de radiologie, radio-oncologie et médecine nucléaire de la Faculté de médecine de l’Université de Montréal, remporte le prestigieux Prix « Young Investigator Award » 2020. Ce prix lui est attribué notamment pour ses travaux travaux sur l’imagerie de la fonction mitochondriale à l’aide de triphenyl-phosphonium marqué au fluor-18.  Dr Pelletier-Galarneau est nucléiste et chercheur boursier clinicien junior 1 à l’Institut de Cardiologie de Montréal. 

Résumé du travail primé.  La mitochondrie est un organite impliqué dans la respiration cellulaire et la production d’ATP. Lors de la respiration cellulaire, un potentiel membranaire (ΔΨm) est généré de part et d’autre de la membrane mitochondriale interne. L’énergie emmagasinée dans le ΔΨm est utilisé afin de convertir l’ADP en ATP, produisant ainsi l’énergie nécessaire aux diverses fonctions physiologiques de la cellule. Le ΔΨm est un biomarqueur fondamental de la fonction mitochondriale et cellulaire. En effet, dans des conditions physiologiques normales, le ΔΨm se situe à l’intérieur d’un intervalle étroit. En revanche, dans divers processus pathologiques, tels l’apoptose cellulaire, l’insuffisance cardiaque, le diabète et l’arythmie ventriculaire, le ΔΨm change drastiquement, menant notamment à la production de radicaux libres. Malheureusement, il n’existe aucune méthode non-invasive permettant la mesure in vivo du ΔΨm. Une méthode permettant la mesure du ΔΨm non-invasive aurait le potentiel d’approfondir nos connaissances de diverses pathologies, d’être un outil de détection précoce des complications de multiples maladies et pourrait servir de biomarqueur dans l’évaluation de la réponse à différents traitements.

En se basant sur des principes de chimie et de physique fondamentaux, il a été démontré qu’il est possible de quantifier le potentiel de membrane tissulaire (ΔΨT), représentant la somme du potentiel de membrane cellulaire (ΔΨc) et du ΔΨm, à l’aide de l’imagerie par tomographie par émission de positrons/résonance magnétique (TÉP-IRM). En utilisant le traceur cationique monovalent lipophilique 18F-triphénylphosphonium (18F-TPP+), le ratio des concentrations myocarde:plasma à l’équilibre est sensible à deux variables indépendantes : la fraction extracellulaire (fECS) et le ΔΨT. Cette étude rapporte la première évaluation in vivo du ΔΨT chez des sujets humains en santé. 

Dans cette étude de faisabilité, 13 sujets sains ont été imagés suite à l’administration de 18F-TPP+ à l’aide d’une caméra TÉP/IRM. Le protocole d’imagerie consistait en une injection en bolus de 300 MBq suivie d’une perfusion de 120 min de 0,6 MBq / min. Une acquisition TEP dynamique de 60 min a été démarrée 1 heure après l’injection du bolus. Le fECS a été mesuré simultanément en utilisant des séquences d’IRM T1 acquises au départ et 15 minutes après l’injection de gadolinium avec correction pour le niveau d’hématocrite du sujet. Des échantillons de sang veineux ont été obtenus pour calculer la concentration de traceur plasmatique. Le potentiel de membrane tissulaire (ΔΨT) a été calculé à partir de la concentration du traceur myocardique à l’équilibre séculaire, de la concentration sanguine et des mesures fECS en utilisant un modèle basé sur l’équation de Nernst.

Chez 13 sujets sains, le potentiel moyen de membrane tissulaire (ΔΨT) myocardique était de -160,7 ± 3,7 mV, en excellent accord avec les mesures in vitro provenant des études antérieures. De plus, des images paramétriques de haute qualité du ΔΨT en unités absolues de millivolts (mV) ont été générées. L’étude présente la première quantification in vivo de la fonction mitochondriale chez l’humain. La méthode utilisée pourrait fournir de nouvelles informations diagnostiques et pronostiques pour plusieurs maladies cardiaques. Cette étude de faisabilité jette donc les bases pour des recherches ultérieures visant à évaluer ces différentes applications.

Légende de la figure : Images paramétriques du volume de distribution (en haut) et du potentiel de la membrane tissulaire (ΔΨT,en bas). Notons que le ΔΨT est en unité absolue de millivolts (mV). SA, axe court. HLA, axe long horizontal. VLA, axe long vertical.