Mesures et modélisation de l'oxygénation dans les réseaux vasculaires tumoraux

 

Michèle Desjardins

Université Laval

 

Domaine : techniques, mesures et systèmes

Programme : établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2019-2020

Une meilleure connaissance de ce qui se passe au sein d'une tumeur à différents stades de progression pourrait guider le développement de meilleurs traitements. Dans ce projet, nous nous intéressons à l'évolution des vaisseaux sanguins et de la répartition de l'oxygène dans les tumeurs du cerveau de type glioblastome chez la souris. Le niveau d'oxygénation d'une tumeur est un paramètre particulièrement important car il influence l'efficacité des traitements de radiothérapie et de chimiothérapie. Toutefois, il demeure difficile de mesurer directement l'oxygénation dans le cerveau sain ou malade, même chez les animaux de laboratoire utilisés en recherche.

Nous proposons donc d'utiliser un modèle mathématique et numérique qui prédit, en appliquant des lois de la physique, comment se distribue l'oxygène en fonction de la géométrie des vaisseaux sanguins qui perfusent le cerveau. Le modèle fonctionne ainsi : lorsqu'on lui fournit une carte 3D des vaisseaux sanguins, il calcule par ordinateur le niveau d'oxygénation partout dans la carte 3D.

Pour obtenir ces cartes des vaisseaux sanguins, nous utiliserons un microscope de type bi-photonique qui possède une excellente résolution spatiale et permet de mesurer des images directement dans le cerveau de souris vivantes à travers une fenêtre transparente posée sur le cerveau. Nous pourrons donc cartographier les vaisseaux sanguins chez des souris normales ainsi que chez d'autres où nous aurons implanté des cellules tumorales. Notre fenêtre d'imagerie nous permettra de répéter ces mesures chez une même souris à tous les stades de croissance de la tumeur pour documenter son évolution. En combinant nos cartes mesurées des vaisseaux sanguins avec les calculs d'oxygénation du modèle, nous quantifierons la distribution d'oxygène dans la tumeur tout au long de sa progression dans le cerveau.

Par la suite, nous ferons appel à une nouvelle technique de mesure qui utilise le microscope biphotonique pour mesurer directement l'oxygénation dans le cerveau grâce à une sonde phosphorescente. Nous travaillerons d'abord au développement et à l'optimisation de cette technique émergente. Puis, nous mesurerons l'oxygénation à certains endroits stratégiques dans la tumeur et serons ainsi en mesure de valider les calculs de notre modèle.

En résumé, ces travaux permettront d'améliorer notre compréhension fondamentale de la perfusion et de l'oxygénation des tumeurs du cerveau. Les résultats pourraient aider la recherche médicale à améliorer la planification des traitements de radiothérapie et à cibler à quel moment de la progression les traitements pourraient être les plus efficaces.