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Fabrication et observation d’objets à l’échelle nanométrique

L’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM)

L’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) est, depuis une quinzaine d’années maintenant, largement utilisée par le milieu médical comme outil de diagnostic. Inventée dès 1973 par Paul Lauterbur et Peter Mansfield – lauréats du Prix Nobel de médecine pour cela en 2003 – afin de visualiser un système de petits vaisseaux sanguins remplis d’eau, cette technique s’est rapidement développée. Son intérêt ? Elle consiste à reconstruire en trois dimensions des images de la structure observée du corps humain (organe, tissu, cellule…) de façon très rapide, sans ioniser l’organisme (à la différence des rayons X offensifs et moins contrastés). L'IRM fait appel aux propriétés magnétiques des noyaux des atomes. Le corps est exposé à un puissant champ magnétique. Tous les atomes d’hydrogène (protons) contenus dans l’eau se comportent alors comme des aiguilles aimantées et s’orientent dans une seule et même direction. Excités très brièvement par l’émission d’une impulsion de radiofréquence, ils réagissent ensuite en émettant un signal nommé "résonance magnétique". Cette aimantation est alors mesurée dans des bobines et sa chronologie exacte, traitée par ordinateur, se traduit finalement sous forme de cartographie de l’environnement physico-chimique des protons.

Par sa grande sensibilité au champ magnétique, l’imagerie par résonance magnétique permet de détecter la présence d’agents magnétiques dans l’organisme, qui perturbent le champ ressenti par les protons. Les colloïdes tels que les ferrites, jouent alors le rôle d’agents de contraste. Ils accélèrent la relaxation des protons mis en résonance. Ce sont des monocristaux nanométriques (13 nm de diamètre extérieur) complexés dans une protéine et présents naturellement dans le foie, la rate, le pancréas et certaines zones précises du cerveau. Avec 4500 atomes de fer, on est dans l’échelle typique du nano objet (ce qui équivaut à un très petit cube de 15 atomes de côté). Au final, les zones riches en fer apparaissent assombries à l’image, ce qui permet de doser de manière non invasive le fer contenu dans les organes. Ces systèmes favorisent le ciblage de pathologies telles que la maladie de Parkinson, la thalassémie ou l’hémochromatose. Insérés au cœur des cellules par interaction forte avec leur membrane (c’est le phénomène d’adsorption électrostatique), ces agrégats magnétiques permettent alors un tri des cellules ciblées. Quant à leur évolution, elle peut être suivie en temps réel par IRM pour améliorer les approches thérapeutiques à l’échelle de la cellule. L’équipement unique Neurospin, à Saint-Aubin, met en œuvre des aimants à très haut champ, ce qui améliore les résolutions spatiales et temporelles des images et permet de repousser les limites de l’imagerie médicale.