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RMN ou IRM : les bienfaits de la polarisation dynamique nucléaire

CRMN © Sami Jannin
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Résumé

Pour pouvoir observer des molécules cibles par RMN ou IRM, on peut utiliser la polarisation nucléaire dynamique par dissolution (d-DNP) qui permet d’amplifier de facteurs de plusieurs milliers leur polarisation, nécessaire à leur détection. Mais la durée de vie très courte (quelques secondes) de l’état hyperpolarisé nécessite de réaliser cette hyperpolarisation sur place. Les scientifiques du Centre de RMN à très hauts champs de Lyon (CNRS/Université de Lyon/Université Lyon 1/ENS de Lyon), en partenariat avec la société Bruker, ont développé des techniques permettant d’étendre ces durées de vie à plusieurs heures afin de pouvoir transporter les molécules hyperpolarisées du lieu de préparation jusqu’aux instruments de mesure. Un résultat qui devrait rendre plus accessible cette technique actuellement coûteuse et lourde à mettre en œuvre.

Description

 

CRMN
© Sami Jannin

La polarisation nucléaire dynamique(*) par dissolution (d-DNP) est une méthode analytique récente (2003) permettant d’amplifier par des facteurs de plusieurs milliers la polarisation de molécules cibles, pour faciliter leur détection par les équipements RMN ou IRM conventionnels. Bien que cette technique ait ouvert des perspectives révolutionnaires comme le suivi in-vitro et in-vivo des transformations chimiques des molécules cibles, que ce soit pour la détection d’intermédiaires réactionnels, les cinétiques de métabolisation ou encore la détection précoce de tumeurs, son utilisation à grande échelle reste encore limitée. Deux raisons font obstacle à son déploiement à plus grande échelle : la difficulté d’obtenir des solutions pures, sans contaminants, et la durée de vie de l’état hyperpolarisé des molécules cibles, quelques secondes, qui nécessite de réaliser l’hyperpolarisation (procédé complexe et coûteux) sur le lieu d’analyse.

Les scientifiques du Centre de RMN à très hauts champs de Lyon (CNRS/Université de Lyon/Université Lyon 1/ENS de Lyon), en partenariat avec la société Bruker, proposent une nouvelle technique permettant d’étendre ces durées de vie à plusieurs heures afin de pouvoir transporter les molécules hyperpolarisées, et d’imaginer, par exemple, des centres spécifiques de préparation à l’instar de ce qui est actuellement mis en place pour des traceurs radio-isotopiques. En collaboration avec une équipe du Laboratoire catalyse, chimie, polymères et procédés (CNRS/Université de Lyon 1/CPE Lyon), une nouvelle formulation de polymères poreux contenant des radicaux stables (appelés HYPOPs) a été développée. Ils montrent que des solutions de molécules cibles imprégnées dans les HYPOPs peuvent non seulement être hyperpolarisées rapidement et de manière efficace, mais que cette polarisation peut être conservée pendant plus de 6 h à très basse température (hélium liquide) avant une simple extraction par eau pressurisée.

Ces résultats, à retrouver dans la revue Nature Communications, devraient permettre d’envisager maintenant le déploiement de cette technique en routine dans de nombreux domaines allant de la chimie analytique aux analyses médicales in-vivo très complexes.

(*) La polarisation dynamique nucléaire ou DNP résulte du transfert de la polarisation du spin des électrons au noyau, réalisée en alignant les spins nucléaires, grâce à un champ magnétique, jusqu'à ce que les spins des électrons soit également alignés.

Référence : Porous Functionalized Polymers enable Generating and Transporting Hyperpolarized Mixtures of MetabolitesThéo El Daraï, Samuel F. Cousin, Quentin Stern, Morgan Ceillier, James Kempf, Dmitry Eshchenko, Roberto Melzi, Marc Schnell, Laurent Gremillard, Aurélien Bornet, Jonas Milani, Basile Vuichoud, Olivier Cala, Damien Montarnal & Sami Jannin. Nature Communications, 2021.

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