Activités de recherche
Le principal domaine de recherche de notre service est la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) et la magnétométrie de systèmes magnétiques. La RMN est un phénomène dont la principale application est l’Imagerie par Résonance Magnétique. Cette méthode s’est imposée ces vingt dernières années comme une des techniques d’imagerie médicale les plus performantes. Nous étudions plus précisément le comportement de relaxation magnétique nucléaire des protons de l’eau en présence de nanoparticules magnétiques. En effet, le contraste des clichés d’IRM est fortement influencé par la présence de particules magnétiques. Certaines particules sont endogènes, c’est à dire qu’elles sont présentes naturellement dans le corps humain, alors que d’autres sont exogènes, c’est à dire qu’on les injecte aux patients pour obtenir un meilleur contraste. Citons la ferritine et l’hémosidérine, protéines stockeuses de fer, comme exemples de particules magnétiques endogènes, alors que les nanoparticules de magnétite (voir cliché de microscopie électronique ci-après) sont utilisées comme agents de contraste exogènes.
La ferritine est composée de 24 sous-unités constituant une coquille sphérique à l’intérieur de laquelle le fer est stocké sous la forme d’un cristal de ferrihydrite (5 Fe2O3- 9H2O). Ce cristal est antiferromagnétique. La présence de ferritine dans un organe est donc traduite en IRM par un assombrissement des images pondérées T2. Ce phénomène est bien connu pour le foie, la rate et les noyaux extrapyramidaux du cerveau. Ci-contre, analyse histologique de tissus de foie de souris contenant un excès de fer (coloration bleue de Perl’s réalisée par le service d’histologie de l’UMONS).
Ferritine agglomérée par l’action de la trypsine, cliché de microscopie électronique à transmission. Il a été prouvé que ce phénomène d’agglomération influençait considérablement les temps de relaxation et donc également le contraste des organes chargés en fer
En ce qui concerne les particules magnétiques exogènes, nous travaillons sur leur caractérisation des nanoparticules magnétiques (par RMN, par magnétométrie, mais également par d’autres techniques) et dans la mise au point de modèles théoriques de relaxation en présence de composés magnétiques. Les applications potentielles de ces recherches sont la mesure non invasive du contenu en fer des organes par IRM et le développement de nouveaux agents de contraste.
Des simulations par ordinateur de la relaxation induite par des particules magnétiques sont également developpées dans notre service. Elles permettent d’étudier l’influence de différents paramètres (taille des cristaux, agglomération, champ magnétique externe,…) sur l’efficacité des nanoparticules magnétiques. L’ensemble de différents aspects de notre recherche (caractérisation des particules, simulations et modélisation théorique) permet de déterminer les propriétés optimales de ces composés afin d’en faire des agents de contraste performants pour l’IRM. Ci-dessous est représentée l’influence de la taille de nanaoparticules de maghémite sur la relaxation T2, résultats obtenus par simulation. Pour plus de détails :
Vuong Quoc Lam, Gillis Pierre, Gossuin Yves, (2011). « Monte Carlo simulation and theory ofproton NMR transverse relaxation induced by aggregation of magnetic particles used as MRIcontrast agents » in Journal of Magnetic Resonance, 212, 139-148
La seconde figure montre la bonne correspondance entre les résultats obtenus sur de nouveaux échantillons de nanoparticules magnétiques + des données de la littérature avec les prédictions du modèle théorique de relaxation « outer sphere ». Une normalisation des données a du être réalisée au préalable. Ces résultats sont détaillés dans :
Vuong Quoc Lam, Berret Jean-François, Fresnais Jérôme, Gossuin Yves, Sandre Olivier, (2012). »A universal Scaling Law to Predict the Efficiency of Magnetic Nanoparticles as MRI T2-Contrast Agents » in Advanced Healthcare Materials, 1, 4
En résumé, nos thèmes de recherche sont :
- Relaxation magnétique nucléaire des protons de l’eau en présence de particules aimantées. [A. Hocq, D. Henrard, Y. Gossuin]
- Simulation numérique et la modélisation de la relaxation des protons en présence de particules aimantées. [Q. L. Vuong, S. Delangre]
- Simulation et test de nouvelles séquences en IRM (avec le groupe Biomedical Magnetic Resonance Unit REMA de l’UCL, B. Gallez, pour les expériences d’IRM). [S. Delangre]
- Caractérisation de nanoparticules superparamagnétiques par magnétométrie. Comparaison avec les propriétés RMN. [D. Henrard]
- Modification de particules magnétiques commerciales [C. Pflipsen]
Équipement:
4 relaxomètres (10 MHz – 20 MHz – 29 MHz – 39 MHz) permettant de mesurer des temps de relaxation protonique de 0.24 à 0.96 Tesla.
1 Magnétomètre à échantillon vibrant Molspin Nuvo, travaillant sur une gamme de champ de -1 Tesla à +1 Tesla.
Un magnétométre de précision travaillant de -5T et 5T et de 2K à 700K. Nous avons également accès à une partie de l’équipement du NMR Lab de l’Université de Mons avec lequel nous collaborons.
Collaborations:
Différentes collaborations nationales et internationales sont en cours avec des laboratoires de physique et de chimie.
- laboratoire de chimie organique (FMP), Prof Vander Elst,
- Université Paris 6 (Florence Gazeau),
- Université de Bordeaux (Olivier Sandre),
- Antwerp universiteit (Sabine Van Doorslaer),
- Université Laval, Québec (Marc-André Fortin)
- Kings College, London (Rafael Torres)
Pour un avoir un aperçu de nos recherches, vous pouvez consulter la liste des publications du service.
Notre service est, par ailleurs rattaché à un institut de recherche de l’UMONS :
