L’imagerie optoacoustique (IAO), également appelée imagerie photoacoustique ou tomographie optoacoustique multispectrale, est une modalité relativement récente qui associe l’excitation optique à la détection par ultrasons (US) afin de permettre l’imagerie des tissusprofonds 1,2. Dans l’OAI, de brèves impulsions laser en nanosecondes excitent des chromophores endogènes tels que l’oxy- et la désoxyhémoglobine, produisant une expansion thermoélastique localisée et des ondes acoustiques à large bande détectées par les transducteurs américains. Ces signaux permettent à l’OAI de produire des images avec un contraste optique à une résolution spatiale similaire à celle d’un ultrason tout en atteignant une profondeur de vue à l’échelle du centimètre in vivo. Lorsque les données sont acquises à plusieurs longueurs d’onde et analysées par démélange spectral, l’IAO sensible à l’oxygène (OS) peut estimer les concentrations relatives d’oxy- et de désoxyhémoglobine et ainsi déduire la saturation en oxygène tissulaire ( %sO₂)2. La saturation en oxygène dans le sang fournit une évaluation fonctionnelle de la physiologie microvasculaire difficile à atteindre de manière non invasive avec d’autres méthodes.
La perfusion vasculaire est également utile pour l’évaluation de la physiologie microvasculaire. La perfusion vasculaire représente une combinaison de flux vasculaire, de perméabilité et de surfacevasculaire 3. Pour quantifier la perfusion, l’OAI peut être utilisé avec un agent de contraste exogène pour réaliser l’OAI Dynamic Contrast Enhanced (DCE OAI). Dans cette approche, l’imagerie temporelle avant, pendant et après l’injection de l’agent de contraste surveille la pharmacocinétique (PK) de l’agent. Ces résultats peuvent être modélisés pour mesurer le taux de lavage (NKtrans) du compartiment plasmatique sanguin vers le compartiment extravasculaire extracellulaire tumoral, et le taux de lavage (kep) du compartiment extravasculaire extracellulaire tumoral vers le compartiment plasmatique. Nous avons développé une méthode de modélisation PK qui évite le problème notoire de la fluidité lumineuse (c’est-à-dire la diffusion et l’absorption dans les tissus qui provoquent une énergie radiante variable à travers les tissus)4. Notre méthode normalise la variation du signal OAI dynamique de 0 % (pré-injection) à 100 % (amélioration maximale), puis utilise des équations différentielles pour estimer le tauxde trans NK et lek ep. D’autres études de DCE OAI ont utilisé des méthodes standard de modélisation PK qui reposent sur l’hypothèse principale que la fluidité lumineuse est uniforme dans tout letissu 5,6.
Les résultats de DCE OAI peuvent également être utilisés pour évaluer les taux de wash-in en effectuant des mesures empiriques de l’amélioration maximale du signal (MSE), du temps jusqu’au pic (TTP) pour atteindre le MSE, de la pente (généralement pour l’injection à TTP) et de la surface initiale sous la courbe (IAUC ; là encore typiquement pour l’injection en TTP après injection)7. Il convient de noter que si la TTP se produit plus tard dans la courbe PK, la pente ou IAUC peut être prise pendant la portion linéaire de la courbe ou du moment de l’injection jusqu’à 1 minute après l’injection. Nous avons montré que les mesures empiriques peuvent également être utiles lors de l’évaluation des traitements administrés à des modèles tumoraux ou lors de l’évaluation de la cicatrisationdes plaies 8,9. D’autres études ont également montré la valeur d’utiliser des mesures empiriques pour évaluer la perméabilité vasculaire tumorale et la fibrosehépatique 10,11. La forme de la courbe PK peut également être utilisée pour catégoriser qualitativement la perfusion vasculaire tumorale en haute ou faible 12,13,14.
De plus, le signal OAI à un seul point temporel post-injection peut être utilisé comme évaluation empirique de la perfusion, connue sous le nom de OAI non dynamique avec contraste amélioré (CE OAI)15. Une image d’OA de CE qui montre une tumeur ou une plaie brillante est simple et très visuelle, et pourtant elle est souvent utilisée uniquement pour une évaluation qualitative de la perfusion élevée ou faible. En général, le changement dynamique des signaux OAI après la TTP n’est pas analysé pour évaluer empiriquement la perfusion vasculaire dans les tumeurs. Cependant, comme montré ci-dessous, les taux de lavage dans les plaies sont extrêmement rapides, de sorte que latrans NK, le TTP, la pente et l’IAUC sont difficiles à mesurer. Nous avons donc utilisé la pente linéaire ou exponentielle de la phase de lavage comme mesure empirique de la perfusion vasculaire dans les plaies9.
La plupart des agents OAI absorbent dans la gamme de longueurs d’onde du proche infrarouge (NIR), qui peuvent pénétrer plus profondément dans lestissus 16,17. Cependant, l’absorption de l’eau à des longueurs d’onde supérieures à 900 nm limite la plage de longueurs d’onde OAI utilisable in vivo à 700–900 nm pour la plupart des applications2. L’indocyanine green (ICG) est un agent prototypique de DCE OAI car il offre une forte absorption du NIR à 780–800 nm, produit un signal OAI modérément fort et présente une biocompatibilité favorable avec l’approbation de la FDA pour un usage clinique. Ces caractéristiques permettent un contraste intravasculaire et des courbes PK interprétables.
Nous avons développé un protocole combiné OS-DCE OAI pour évaluer l’oxygénation et la perfusion vasculaire dans des modèles précliniques de tumeurs solides et de plaies 8,9. La partie OS de ce protocole peut évaluer l’oxygénation dans plusieurs tranches d’imagerie qui couvrent l’ensemble des volumes tumoraux et des plaies dans des modèles murins. La partie DCE de notre protocole propose la possibilité d’imager une tranche unique de la tumeur ou de la plaie en utilisant plusieurs longueurs d’onde laser (améliorant la précision de la détection des agents de contraste), ou d’imager jusqu’à 5 tranches avec une seule longueur d’onde laser (améliorant la couverture spatiale). Nous avons utilisé l’OS-DCE OAI pour surveiller les changements d’oxygénation et de perfusion vasculaire après avoir traité un modèle tumoral par radiothérapie ou avec du phosphate combrétastatine A4, un agent perturbateurvasculaire 4,8. Nous avons également utilisé OS-DCE OAI pour surveiller la cicatrisationdes plaies 9. L’OAI DCE permet à l’OAI de suivre la progression via la perfusion vasculaire, ce qui peut être appliqué à une variété de maladies.