In vivo spectroscopic imaging and localized spectroscopy by 1H nuclear magnetic resonance. Application to the study of tumor physiopathology by mapping of metabolites and extracellular pH in the C6 cell glioma model.
Imagerie spectroscopique et spectroscopie localisée par RMN du proton in vivo.
Application à l'étude de la physiopathologie tumorale par cartographie des métabolites et du pH extracellulaire dans un modèle experimental de gliomes C6
Résumé
The aim of this work was to optimize the conditions and the acquisition techniques for spectroscopy and spectroscopic imaging by 1H NMR in vivo in small animals and to apply these techniques to two biological topics. Acquisition conditions have been improved by the use of an automatic correction of B0 field inhomogeneities. Sequences have been improved by the use of an optimized water suppression scheme (VAPOR) and of spiral encoding gradients for short echo time spectroscopic imaging.
Extracellular pH (pHe) in tumors is more acidic than in normal tissue.This acidity contributes to tumor proliferation. With a new probe molecule, ISUCA, we used spectroscopic imaging to map the distribution of pHe in C6 gliomas and compared it with the distribution of lactate. The two distributions are not spatially correlated. After hyperglycemia, lactate and protons quantities are globally increased but with a negative spatial correlation. This result suggests that proton are redistributed from sites of glycolysis to membrane pumps.
The aim of the second project was to study the role of ammonium in the regulation of glycolysis in the brain. Hyperammonemia increases lactate concentration in the brain. I showed that this increase can be transient, which is a required condition for ammonium to play a physiological role in metabolic interaction between astrocytes and neurones.
Extracellular pH (pHe) in tumors is more acidic than in normal tissue.This acidity contributes to tumor proliferation. With a new probe molecule, ISUCA, we used spectroscopic imaging to map the distribution of pHe in C6 gliomas and compared it with the distribution of lactate. The two distributions are not spatially correlated. After hyperglycemia, lactate and protons quantities are globally increased but with a negative spatial correlation. This result suggests that proton are redistributed from sites of glycolysis to membrane pumps.
The aim of the second project was to study the role of ammonium in the regulation of glycolysis in the brain. Hyperammonemia increases lactate concentration in the brain. I showed that this increase can be transient, which is a required condition for ammonium to play a physiological role in metabolic interaction between astrocytes and neurones.
L'objectif de ce travail était d'optimiser les conditions ainsi que les techniques d'acquisition par spectroscopie et par imagerie spectroscopique par RMN du proton in vivo, chez le petit animal pour les appliquer à des études biologiques. Les conditions d'acquisitions ont été améliorées par la mise en place d'une technique de correction automatique des inhomogénéités de champ magnétique. Les séquences d'acquisition ont été optimisées par l'utilisation de la technique de suppression d'eau VAPOR et par l'utilisation de l'imagerie spectroscopique par encodage spiral à temps d'écho court.
Le pH extracellulaire (pHe) dans les tumeurs est plus acide que dans le tissu sain. Cette acidité semble être un facteur favorisant la prolifération. A l'aide d'une nouvelle molécule sonde, l'ISUCA, nous avons utilisé l'imagerie spectroscopique pour cartographier la distribution de pH extracellulaire dans les tumeurs et la comparer avec la distribution du lactate. Celles-ci ne sont pas corrélées spatialement, de plus à la suite d'une hyperglycémie, les quantités de lactate et de protons augmentent de manière globale mais avec une corrélation spatiale négative. Ces résultats suggèrent une redistribution des protons des sites de la glycolyse vers des pompes membranaires.
Le second projet biologique portait sur l'étude du rôle de l'ammonium dans la régulation de la glycolyse dans le cerveau. L'hyperammoniémie augmente la concentration de lactate cérébral: j'ai montré que cette augmentation peut être transitoire, ce qui est une condition incontournable pour un éventuel rôle physiologique de l'ammonium dans le couplage métabolique entre neurones et astrocytes.
Le pH extracellulaire (pHe) dans les tumeurs est plus acide que dans le tissu sain. Cette acidité semble être un facteur favorisant la prolifération. A l'aide d'une nouvelle molécule sonde, l'ISUCA, nous avons utilisé l'imagerie spectroscopique pour cartographier la distribution de pH extracellulaire dans les tumeurs et la comparer avec la distribution du lactate. Celles-ci ne sont pas corrélées spatialement, de plus à la suite d'une hyperglycémie, les quantités de lactate et de protons augmentent de manière globale mais avec une corrélation spatiale négative. Ces résultats suggèrent une redistribution des protons des sites de la glycolyse vers des pompes membranaires.
Le second projet biologique portait sur l'étude du rôle de l'ammonium dans la régulation de la glycolyse dans le cerveau. L'hyperammoniémie augmente la concentration de lactate cérébral: j'ai montré que cette augmentation peut être transitoire, ce qui est une condition incontournable pour un éventuel rôle physiologique de l'ammonium dans le couplage métabolique entre neurones et astrocytes.
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