Les récentes avancées dans le domaine de la biophotonique offrent de nouveaux outils prometteurs
dans le champ de l'histologie, plus précisément dans l'étude des maladies cardiovasculaires. En
effet, la combinaison de différentes techniques d'imagerie, comme l’ultrasonographie
intravasculaire (IVUS), la spectroscopie proche infra-rouge (NIRS), la tomographie par cohérence
optique (OCT) et l’imagerie moléculaire par fluorescence (NIRF) offrent tous des avantages qui
permettent d'améliorer les diagnostics autant en recherche fondamentale que dans le domaine de la
santé clinique. Dans les études ex vivo, l'histologie conventionnelle demeure à ce jour le ''gold
standard'' de mesure de géométrie et de composition moléculaire de plaques d'athérosclérose.
Cependant, certains problèmes liés à l'histologie rendent cette méthode imparfaite. En effet, même
si cette dernière offre beaucoup d'information sur la composition moléculaire des tissus étudiés, le
sous-échantillonnage de l'organe fait en sorte que beaucoup d'information par rapport à la
localisation de la tranche est perdue. Plus précisément, dans le domaine de la cardiologie, il est
d'un grand intérêt d'obtenir des outils de diagnostic permettant de cibler et de localiser avec
précision les plaques d'athéroscléroses vulnérables, à risque de se rupturer et de causer des
syndromes coronaires aigus (ACV, infarctus du myocarde).
Le document suivant présente une méthode permettant de colocaliser les plaques d'athérosclérose
imagées in vivo avec un cathéter multimode développé par le Laboratoire d'Imagerie Optique
Moléculaire (LIOM) et avec un microscope à double modalité (OCT, microscope confocal en
fluorescence). La méthode a été testée sur 5 lapins New Zealand White maintenu sur une diète riche
en cholestérol pendant 14 semaines. Différents lits vasculaires ont ensuite été imagés à l'aide d'un
cathéter IVUS/NIRF. Un marqueur fluorophore lié à une molécule d'adhésion (Inter Cellular
Adhesion Molecule-1, ou ICAM-1) était injecté au site imagé afin d'obtenir un signal en
fluorescence provenant de plaques athérosclérotiques. Les animaux ont ensuite été sacrifiés et les
lits vasculaires ont été conservés pour être imagés avec notre microscope OCT/confocal en
fluorescence. Le microscope était combiné à un vibratome lié à une lame de rasoir et de moteurs
de précision micrométrique, permettant de trancher très finement l'échantillon et d'imager
successivement et automatiquement chaque tranche. Cela nous permettait, à l'aide d'algorithmes
développés en Python, d'obtenir une reconstruction entière de l'artère, et par le fait même de
localiser avec précision les plaques athérosclérotiques. Les expériences ont aussi montré qu'il est
possible de récupérer les tranches après l'acquisition de données et de les analyser en histologie conventionnelle, ce qui permet de valider les résultats obtenus in et ex vivo. Bien qu'il s’agisse
d'une étude préliminaire, l'étude s'est avéré être une preuve de concept valide, permettant de
démontrer la faisabilité de la méthode.
Mon projet s’inscrit dans une étude plus large menée sur des lapins et des porcs diabétiques
conjointement par l’Institut de Cardiologie de Montréal (ICM) et Polytechnique Montréal qui cible
les plaques vulnérables. L’étude globale vise à développer des méthodes invasives d’imagerie par
cathétérisme pour la caractérisation de la vulnérabilité des plaques d’athérosclérose en combinant
plusieurs modalités in vivo, incluant l’ultrasonographie intravasculaire (IVUS), l’histologie
virtuelle (VH), la spectroscopie par proche infra-rouge (NIRS), la tomographie par cohérence
optique (OCT) et l’imagerie moléculaire par fluorescence (NIRF) (cette dernière ciblant une
molécule d’adhésion cellulaire (ICAM-1) et les monomères de collagène); la validation des
résultats est obtenue par histologie massive en imagerie 3-D puis par histologie conventionnelle
avec immunohistochimie. Le cathéter multimodalités mis au point par notre équipe permet
d’ailleurs la collecte des images IVUS et NIRF. Plus précisément, mon projet de maîtrise portait
sur le développement d'une méthode permettant de colocaliser les plaques d'athérosclérose entre
les données dans les données acquises avec le cathéter et avec un microscope à double modalité
(OCT, microscope confocal en fluorescence). Les deux microscopes combinés permettent de
simultanément obtenir une carte anatomique des vaisseaux (OCT) et d'obtenir un signal en
fluorescence provenant de la plaque d'athérosclérose (confocal).
En raison des longueurs d'ondes beaucoup plus courtes utilisées (proche infrarouge), l'OCT offre
une résolution latérale supérieure que l'IVUS, et son aspect interférométrique permet d'imager en
trois dimensions. L’OCT offre aussi une meilleure résolution axiale grâce à sa courte longueur de
cohérence. Cependant, puisque le proche infrarouge est beaucoup diffusé dans les tissus vivants,
l'OCT n'a pas eu très grande longueur de pénétration. Pour remédier à cela, un sectionnement
automatique du segment vasculaire d’intérêt effectué à l’aide d’une lame tranchante liée à un
vibratome, ce qui nous permettait d'imager le segment de vaisseau entier en recollant par ordinateur
des tranches minces (200um) imagées successivement.
Le mémoire suivant présente la méthode que nous avons mise au point ainsi que la publication qui
en a résulté, soit un article dans le International journal of Molecular Biology.----------ABSTRACT
Recent advances in biophotonics are offering new tools in the field of histology. Imaging
techniques such as Optical Coherence Tomography (OCT), intravascular ultrasound (IVUS), nearinfrared
spectroscopy (NIRS), near-infrared fluorescence imaging (NIRF) and their combination
all have advantages that can lead to more precise diagnostics, both in fundamental research and in
clinical sciences. In the field of cardiology, conventional histology remains as of today the gold
standard for measuring atherosclerotic plaque geometry and molecular composition. However,
conventional histology does have its shortcomings. For instance, even if histology gives plenty of
information of tissue molecular composition, it requires the experimenter to significantly
downsample the studies organ, thus losing information on tissue localization. This manuscript
describes a novel approach developed by our laboratory, Laboratoire d'Imagerie Optique
Moléculaire (LIOM), that allows us to colocalize atherosclerotic plaques imaged in vivo with a
multimodal catheter (IVUS, NIRF) with a double-modality (OCT, confocal fluorescence
microscopy). The method was tested on 5 New Zealand White rabbits subjected to a cholesterolrich
diet for 14 weeks. Pullbacks were performed with the catheter on different vascular beds in
the rabbit aortas. A fluorophore bound to an adhesion molecule (Inter Cellular Adhesion Molecule-
1, or ICAM-1) was injected in the bloodstream before pullbacks, offering a source of signal for the
fluorescence imaging. Vascular beds were then salvaged after sacrifices, embedded in agarose gels
and imaged in the OCT/confocal microscope built by our team. A vibratome attached to a
razorblade and micrometer-precise motor were used to cut thin slices automatically, allowing to
image each slice one after the other. Custom algorithms written in Python allowed to stitch all the
slices, in order to obtain a 3D view of the whole segment (massive 3D histology). The slices could
also be saved for conventional histology after the procedure. This allowed us to validate
measurements done with the catheter and the microscope
