Fiche d’information : Qu’est-ce que la médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire ?

Contrairement aux études d’imagerie conventionnelles qui produisent principalement des images structurelles, la médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire visualisent le fonctionnement de l’organisme et ce qui se passe au niveau cellulaire et moléculaire. L’évolution de l’imagerie diagnostique – de la production d’images anatomiques à l’imagerie et à la mesure des processus physiologiques de l’organisme – est d’une importance capitale pour toutes les facettes de la médecine d’aujourd’hui, qu’il s’agisse du diagnostic des maladies à leur stade le plus précoce, du développement de thérapies plus efficaces ou de la personnalisation des traitements médicaux.

Avec l’aide de la médecine nucléaire et de l’imagerie moléculaire, les scientifiques et les prestataires de soins de santé :
– acquièrent une meilleure compréhension des voies de la maladie
– évaluent rapidement les nouveaux médicaments
– améliorent la sélection de la thérapie
– surveillent la réponse des patients au traitement
– trouvent de nouvelles façons d’identifier les individus à risque de maladie.

Pourquoi la médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire sont-elles uniques ?

Dans l’imagerie diagnostique conventionnelle, une source externe d’énergie telle que des rayons X, des champs magnétiques ou des ondes ultrasonores est utilisée pour produire des images des os et des tissus mous. Dans les procédures de médecine nucléaire et d’imagerie moléculaire, la source d’énergie est introduite dans le corps, où elle s’incorpore dans un tissu, un organe ou un processus spécifique, puis est détectée par un dispositif externe (gamma-caméra, scanners SPECT ou PET) pour fournir des informations sur la fonction de l’organe et l’activité cellulaire. Étant donné que la maladie commence par des changements cellulaires microscopiques, la médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire ont le potentiel d’identifier la maladie à un stade plus précoce et plus traitable, souvent avant que l’imagerie conventionnelle et d’autres tests puissent révéler des anomalies.

Obtenir ces informations uniques sans les tests de médecine nucléaire et d’imagerie moléculaire nécessiterait des procédures plus invasives – comme une biopsie ou une chirurgie – ou serait tout simplement irréalisable.

Avec leur capacité à identifier les signes précoces de la maladie et d’autres anomalies, la médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire offrent la possibilité de faire passer les soins médicaux de réactifs à proactifs, sauvant et améliorant
d’innombrables vies.

Comment la médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire sont-elles utilisées ?

La médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire jouent un rôle de plus en plus important dans les soins aux patients, la recherche médicale et le développement pharmaceutique.

Aujourd’hui, des études d’imagerie diagnostique nucléaire et moléculaire sont disponibles pour pratiquement tous les principaux systèmes organiques du corps. Le nombre de thérapies basées sur la médecine nucléaire pour le cancer et d’autres troubles est également en augmentation.

La médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire font partie intégrante des soins aux patients atteints de cancer, de maladies cardiaques et de troubles cérébraux :
– Le lymphome et le cancer de l’œsophage, du côlon et du poumon ne sont que quelques-uns des nombreux types de cancer pour lesquels l’imagerie nucléaire et moléculaire peut véritablement changer la direction et le résultat des soins aux patients.
– La médecine nucléaire – par le biais de l’imagerie de perfusion myocardique – offre un test très précis pour diagnostiquer une maladie coronarienne chez les patients susceptibles de subir une crise cardiaque.
– En plus d’aider les médecins à diagnostiquer la démence, l’imagerie nucléaire offre maintenant des agents d’imagerie qui identifient avec succès les changements précoces dans le cerveau associés à la maladie d’Alzheimer.

Exemples d’imagerie anatomique (CT) comparée à l’imagerie fonctionnelle
(PET). Chez ce patient, la tomodensitométrie (A) est négative pour une récidive de la maladie.
Par contre, la TEP (B) montre un spot suggérant une malignité. L’image de
fusion PET/CT (C) donne une image plus claire de ce qui se passe.
Référence : http://jnm.snmjournals.org/content/49/6/938.full

En laboratoire, les technologies de médecine nucléaire et d’imagerie moléculaire aident les scientifiques de diverses disciplines à mieux comprendre les voies et mécanismes moléculaires des maladies. En aidant les chercheurs à évaluer rapidement les nouvelles thérapies, la médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire contribuent également à accélérer le développement de nouveaux médicaments plus efficaces.

Comment fonctionnent la médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire ?

La médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire impliquent un agent d’imagerie produisant un signal (radiopharmaceutique ou sonde) qui est introduit dans le corps, généralement par injection, et un dispositif d’imagerie capable de détecter et d’utiliser les signaux de la sonde pour créer des images détaillées. Les sondes, qui sont conçues pour s’accumuler dans un organe spécifique ou se fixer à certaines cellules, permettent de visualiser et de mesurer l’activité cellulaire et les processus biologiques.

En médecine nucléaire, l’agent d’imagerie est un composé qui comprend une petite quantité de matière radioactive appelée radiotraceur. Les radiotraceurs (qui sont également appelés radiopharmaceutiques ou radionucléides) produisent un signal qui peut être détecté par une gamma-caméra ou un scanner à émission de positons (TEP).
Les modalités d’imagerie moléculaire non nucléaire, notamment l’imagerie optique et les ultrasons ciblés, utilisent des sondes non radioactives comme la lumière ou le son. La spectroscopie RM utilise les différences de magnétisme pour mesurer les niveaux chimiques dans le corps sans utiliser de sonde.

Imagerie TEP

L’imagerie TEP avec le radiotraceur FDG est l’un des outils d’imagerie diagnostique les plus importants jamais développés. La plupart des études TEP sont aujourd’hui combinées à des études de tomodensitométrie (CT) afin de mieux localiser les zones d’activité cellulaire anormale.

Le FDG est un composé similaire au glucose, ou sucre, qui s’accumule dans les zones du corps les plus actives sur le plan métabolique (utilisant le glucose à un rythme élevé). Après avoir injecté le FDG dans le sang du patient et l’avoir laissé s’accumuler pendant un court laps de temps, le scanner TEP crée alors des images qui montrent la distribution du radiotraceur dans tout le corps, ce qui permet de déterminer si des anomalies sont présentes. Par exemple, les cellules cancéreuses très actives
montrent des niveaux plus élevés, ou « absorption », de FDG, tandis que les cellules cérébrales affectées par la démence consomment de plus petites quantités de glucose et montrent une absorption de FDG plus faible.

En plus du FDG, d’autres radiotraceurs TEP sont disponibles pour visualiser une grande variété de processus cancéreux et non cancéreux.

Imagerie SPECT

La tomographie par émission monophotonique (SPECT) est une procédure d’imagerie très importante et courante qui implique également l’injection d’un radiotraceur dans la circulation sanguine du patient, où il s’accumule dans un organe cible ou se fixe sur des cellules spécifiques. Une gamma-caméra tourne ensuite autour du patient, recueillant des données pour créer des images tridimensionnelles de la distribution du radiotraceur qui révèlent des informations sur le flux sanguin et la fonction des organes. De nombreuses études TEMP sont associées à des études de tomodensitométrie.

Utilisations de la TEP et de la TEMP

La TEP est un outil puissant pour diagnostiquer le cancer et déterminer sa gravité et son étendue. La TEP est l’un des moyens les plus efficaces pour détecter une récidive de la maladie.

La TEP est également de plus en plus utilisée pour évaluer rapidement la façon dont un patient répond au traitement du cancer. Dans certains cas, la TEP peut déterminer en quelques jours si une thérapie fonctionne, alors qu’il faudrait des mois pour évaluer un changement de la taille de la tumeur avec le scanner.

Les chercheurs espèrent que les informations issues des études TEP aideront bientôt les médecins à prédire quels patients répondront à un médicament de chimiothérapie spécifique. De nouveaux radiotraceurs sont également conçus pour identifier les conditions biologiques dans le corps (appelées biomarqueurs) qui signalent la présence d’un cancer et pour capturer des informations importantes sur les tumeurs qui guideront les médecins dans le choix du plan de traitement le plus efficace.

Les études TEP et TEMP sont régulièrement utilisées pour détecter les blocages des artères coronaires, évaluer les dommages musculaires après une crise cardiaque et déterminer si le cœur pompe le sang de manière adéquate – en particulier en cas de stress. De nouveaux radiotraceurs offrent la possibilité d’identifier les personnes présentant un risque de mort cardiaque subite ou montrant des signes d’insuffisance cardiaque congestive.

La TEP et la TEMP sont toutes deux très utiles pour détecter la démence, évaluer le déclin cognitif en cours et identifier la zone du cerveau impliquée dans les troubles de la saisie. Des chercheurs utilisant de nouveaux radiotraceurs TEP ont récemment réalisé une percée majeure en identifiant les changements précoces dans le cerveau associés à la maladie d’Alzheimer.

La TEP avec des agents d’imagerie amyloïde (tels que les agents récemment approuvés Amyvid®, Vizamyl® et Neuraceq®) révèle l’étendue et la localisation de la plaque amyloïde dans le cerveau, ce qui peut, en conjonction avec une évaluation clinique et d’autres tests de diagnostic, aider à diagnostiquer la maladie d’Alzheimer.

La TEMP est également utile pour identifier la localisation et la cause d’un accident vasculaire cérébral, ainsi que les zones du cerveau qui sont à risque après un accident vasculaire cérébral. Un radiotraceur nouvellement approuvé pour la TEMP (appelé DaTscan®) devrait aider à évaluer la cause des tremblements et à différencier le tremblement essentiel des syndromes parkinsoniens.

Les chercheurs qui utilisent la TEP et la TEMP acquièrent de nouvelles connaissances sur la biologie des maladies psychiatriques, de la toxicomanie et des troubles neurologiques. Comprendre comment les circuits cérébraux sont modifiés chez les personnes atteintes de troubles cérébraux est essentiel pour le développement de nouveaux traitements et de stratégies de prévention.

Aujourd’hui, l’imagerie optique et les ultrasons moléculaires ciblés sont principalement utilisés dans les laboratoires de recherche. Cependant, plusieurs technologies optiques font l’objet de tests cliniques initiaux – et de nouvelles procédures pourraient être disponibles pour les patients dans un avenir proche.

Imagerie optique

Le domaine de l’imagerie optique comprend de nombreuses technologies qui utilisent la lumière pour mesurer la fonction et les caractéristiques des cellules. Les scientifiques conçoivent de minuscules molécules, telles que des protéines qui émettent naturellement de la lumière, pour qu’elles se fixent sur des cellules ou des produits chimiques spécifiques à l’intérieur du corps. Des détecteurs optiques très sensibles sont capables de suivre le mouvement et l’activité de ces agents d’imagerie et de mesurer la façon dont les tissus absorbent la lumière.

Outil essentiel pour la recherche fondamentale, l’imagerie optique a le potentiel d’aider les patients à l’avenir en :
– détectant les lymphomes et les cancers de l’ovaire, de la peau et du sein
– surveillant la réponse du patient au traitement
– délivrant des médicaments directement aux cellules cancéreuses
– guidant la chirurgie.

L’échographie moléculaire ciblée

L’imagerie ultrasonore traditionnelle, qui utilise des ondes sonores à haute fréquence pour produire des images de l’intérieur du corps, est une procédure d’imagerie standard avec de nombreuses applications. Dans l’imagerie ultrasonore moléculaire ciblée, des microbulles – des structures creuses extrêmement petites – ou d’autres particules microscopiques (appelées nanoparticules) servent d’agent d’imagerie. Les scientifiques sont capables de modifier chimiquement les microbulles pour cibler des tissus spécifiques dans le corps, où elles produisent des signaux qui révèlent des informations moléculaires.

L’échographie moléculaire ciblée peut être utile pour :
– diagnostiquer les cancers du sein, des ovaires, de la tête et du cou et d’autres cancers
– mesurer le flux sanguin dans le cœur et d’autres organes
– identifier les maladies coronariennes et d’autres anomalies des vaisseaux sanguins.

En encapsulant des médicaments dans des microbulles, la technologie des ultrasons moléculaires ciblés a également un potentiel comme moyen d’administration ciblée de médicaments.

Spectroscopie par résonance magnétique

La spectroscopie par résonance magnétique (RM) est une variante de l’imagerie RM classique qui fournit des informations sur la concentration de composés chimiques – appelés métabolites – à l’intérieur du corps.
La spectroscopie RM aide au diagnostic et au traitement du cancer et des troubles métaboliques – en particulier ceux qui affectent le cerveau. Les chercheurs espèrent également que la spectroscopie RM se révélera utile pour détecter les cancers récurrents, comme guide pour la radiothérapie et pour distinguer les tissus malins des tissus sains dans le sein et la prostate.

Thérapie

La capacité de ciblage cellulaire des agents d’imagerie nucléaire et moléculaire offre un excellent moyen de délivrer un traitement. En fait, l’une des premières applications de la médecine nucléaire – l’ablation à l’iode radioactif (I-131) – est un traitement très efficace du cancer de la thyroïde et de l’hyperthyroïdie depuis plus d’un demi-siècle. Dans la thérapie ciblée par radionucléide I-131 (TRT), l’iode radioactif est introduit dans l’organisme et absorbé par les cellules thyroïdiennes ou les cellules cancéreuses de la thyroïde, où il les tue.

La TRT est désormais utilisée pour traiter d’autres formes de cancer et pour soulager la douleur de certains patients atteints de cancer des os. Le traitement du lymphome non hodgkinien par des radio-immunothérapies telles que Zevalin® est une forme efficace de TRT.

Les chercheurs travaillent également sur l’intégration de médicaments de chimiothérapie dans des agents d’imagerie conçus pour se fixer uniquement sur les cellules cancéreuses afin d’épargner les tissus sains voisins des effets toxiques du médicament.

La médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire sont-elles sûres ?

Les procédures de médecine nucléaire et d’imagerie moléculaire sont non invasives et sûres. Les procédures de diagnostic en médecine nucléaire utilisent de petites quantités de matériel radioactif, parfois à peu près la même quantité de rayonnement qu’une personne reçoit en une année de vie normale. Par conséquent, le risque de rayonnement lié à ces procédures est très faible par rapport aux avantages potentiels.
Les spécialistes de la médecine nucléaire utilisent le principe ALARA (As Low As Reasonably Achievable) pour sélectionner avec soin la quantité de radiotraceur qui permettra de réaliser un test précis en exposant le moins possible le patient aux radiations. La dose réelle est déterminée par le poids du patient, la raison de l’examen et la partie du corps à examiner. En outre, de nouvelles technologies d’imagerie apparaissent constamment pour réduire l’exposition aux rayonnements des patients tout en maintenant la précision diagnostique du test.

Les procédures de médecine nucléaire sont pratiquées depuis plus de 50 ans sur des adultes et depuis plus de 40 ans sur des nourrissons et des enfants de tous âges sans aucun effet indésirable connu.

Les procédures de médecine nucléaire et d’imagerie moléculaire sont-elles couvertes par l’assurance ?

Medicare et les compagnies d’assurance privées couvrent le coût de nombreuses procédures de médecine nucléaire et d’imagerie moléculaire. Vous devez vérifier auprès de votre compagnie d’assurance pour obtenir des informations spécifiques sur votre régime.

Quel est l’avenir de l’imagerie nucléaire et moléculaire ?

Chaque jour, les procédures d’imagerie nucléaire et moléculaire font une différence dans la vie des patients en contribuant à la détection, au diagnostic, au traitement et au suivi des maladies. Avec le développement de nouvelles technologies et de nouveaux agents d’imagerie, dont beaucoup font actuellement l’objet d’essais cliniques, la médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire promettent de continuer à apporter des améliorations aux soins des patients. Des informations sur les essais cliniques sont disponibles sur www.clinicaltrials.gov et www.discovermi.org. Les développements qui se profilent à l’horizon comprennent :

Imagerie hybride

La combinaison de deux techniques d’imagerie – appelée coregistration, imagerie de fusion ou imagerie hybride – permet de visualiser les informations de deux types de scanners différents dans un seul ensemble d’images. La TEP/TDM et la TEMP/TDM, combinaison de la TEP ou de la TEMP et de la TDM, sont devenues des outils de diagnostic standard car elles fournissent des détails à la fois sur l’anatomie et la fonction des organes et des tissus.
De nouvelles formes d’imagerie hybride sont utilisées ou en cours de développement, notamment la TEP/RM, la TEP/ultrasons et diverses technologies optiques fusionnées avec des techniques d’imagerie conventionnelles.

Nouveaux agents d’imagerie moléculaire et nanoparticules
En plus des nouveaux agents d’imagerie moléculaire conçus pour détecter des processus cancéreux spécifiques, les chercheurs travaillent sur d’autres agents, dont un capable d’identifier les plaques à haut risque dans les artères du cœur – ainsi que des nanoparticules activées par laser qui chercheront et détruiront les accumulations de graisse.

Biomarqueurs
Les chercheurs travaillent sur l’utilisation de biomarqueurs d’imagerie moléculaire – des conditions biochimiques spécifiques dans le corps qui peuvent être révélées sur des images – qui aideront les médecins à adapter le plan de traitement aux individus et à leur maladie et à évaluer rapidement l’efficacité de la thérapie. À l’avenir, les scientifiques espèrent que ces biomarqueurs permettront également de détecter la maladie et d’identifier les patients à risque.
Une élévation du métabolisme du glucose – un signe d’alerte possible d’une tumeur ou d’une autre fonction cellulaire anormale – est un exemple de biomarqueur d’imagerie moléculaire actuellement utilisé par les médecins.

Traitement personnalisé
La médecine nucléaire et l’imagerie moléculaire sont à l’avant-garde de la tendance au traitement personnalisé du cancer et des maladies cardiaques. Dans les soins personnalisés, le traitement est individualisé sur la base de marqueurs biochimiques spécifiques trouvés chez le patient et des caractéristiques de sa maladie. L’objectif est d’identifier les patients pour des thérapies particulières et d’optimiser la réponse du patient au traitement tout en minimisant les effets secondaires.