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Propriétés fondamentales du Propriétés fondamentales du Vert d ’indocyanineVert d ’indocyaninePropriétés fondamentales du Propriétés fondamentales du Vert d ’indocyanineVert d ’indocyanine
D.U. angiographie & pathologies rétiniennesLariboisière, 1998-1999
T Desmettre, Centre d ’Imagerie & de Laserhttp://www.clinique-lambersart.fr
INTRODUCTIONINTRODUCTION Littérature Ophtalmo & Hépato-biliaire 1960 à 1970
Spectres d’excitation & d’émission IRMolécule de grande tailleFixation aux protéines plasmatiques
Questions sur les propriétés fondamentalesdu colorant fluorescent
Regain d’intérêt apporté par la numérisation Description d’une nouvelle sémiologie
INTRODUCTIONINTRODUCTION
Pharmacocinétique Caractéristiques spectrales Rendement de fluorescence Affinité
Influence sur la compréhension des images ICG en ophtalmo (?)
Progrès récents
Le Vert d’IndocyanineLe Vert d’Indocyanine
775 daltons (fluorescéine sodique : 337 daltons) Motifs polycycliques hydrophobes Chaîne polycarbonée Groupements sulfates hydrophiles
Structure de la molécule
Molécule amphiphileMolécule amphiphile Affinité pour les lipoprotéinesElimination biliaire
Chaine polycarbonée
Groupement polycyclique GroupementSulfate
Amoniumquaternaire
D’après http://www.ps.toyaku.ac.jp/~dobashi/
Aspects pharmacocinétiquesAspects pharmacocinétiques
Rapidité d’élimination : ½ vie 3 à 4 minutes- Cherrick 4,8 min (humain)- Ott 5,2 min (porc)- Flock 2,4 min (rat)
Comportement in vivo
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 2 4 6 8 10 12
Ott (t=5.2min)
Cherrick (t=4.8min)
Flock (t=2.4min)
MacEvoy (t=2.6min)
Concentration plasmatique d ’ICG en fonctionConcentration plasmatique d ’ICG en fonctiondu délai après injectiondu délai après injection
Time (min)
Aspects pharmacocinétiquesAspects pharmacocinétiques
Décroissance exponentielle en deux phases : - Phase rapide (t ½ : 2 à 4 minutes)- Phase lente (t ½ : environ 1 heure)
Modélisation peu utile lors d’études comportant des temps précoces
Le deuxième terme intervient de façon prépondérante aux temps tardifs
Ces résultats concernent des études sur des gros vaisseaux
1,E-11
1,E-101,E-09
1,E-081,E-07
1,E-061,E-05
1,E-041,E-03
1,E-021,E-01
1,E+00
0 20 40 60 80 100 120
Time (min)
Co
nce
ntr
atio
n I
CG
(U
A)
Mono Exp
Bi Exp
Modélisation de la cinétique d’élimination Modélisation de la cinétique d’élimination plasmatique de l’ICGplasmatique de l’ICG
Propriétés spectralesPropriétés spectrales
Spectre d’absorption dépend de la nature du solvant et de la concentration du colorant
Phase aqueuse : formation de polymères dont la proportion augmente avec la concentration d’ICG
Spectre d ’absorption - Solution aqueuse
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
600 700 800 900
6.5µM
65µM
650µM
1290µM
Spectre d'absorption de l'ICG en fonction de la concentration dans l’eau
Spectre d'absorption de l'ICG en fonction de la concentration dans l’eau
Lambda max (nm)
Coe
ffic
i ent
d’ e
xtin
c ti o
n m
olai
re (
cm- 1
/M)
Propriétés spectralesPropriétés spectrales
Liaison aux protéines : induit un décalage du spectre d’absorption de l’ICG vers les infrarouges
Solution plasmatique : décalage de 25 nm,de 780 vers 805
La liaison aux protéines gêne la formation des polymères : l’influence de la concentration est moindre qu’en solution aqueuse
Spectre d ’absorption - Solution plasmatique
0
50000
100000
150000
200000
250000
600 700 800 900
6.5µM
65µM
650µM
1290µM
Spectre d'absorption de l'ICG en fonction de la concentration plasmatique
Spectre d'absorption de l'ICG en fonction de la concentration plasmatique
Lambda max (nm)
Coe
ffic
i ent
d’ e
xtin
c ti o
n m
olai
re (
cm- 1
/M)
Propriétés spectralesPropriétés spectrales
Benson : émission max à 820 nm
Hollins : émission max à 810 nm
Spectre d’émission - Solution aqueuse
Propriétés spectralesPropriétés spectrales
Décalage après injection iv : 826 à 834 nm(Desmettre 1996, Mordon 1998, Ito 1998)
Variations de la position du pic d’émission en fonction du délai après injection
Spectre d’émission - Solution plasmatique
824
826
828
830
832
834
836
0 50 100 150
Time (min)
Lam
bda
max
(nm
)
Décalage (shift) du spectre d’émission en fonctionDécalage (shift) du spectre d’émission en fonctiondu temps après injectiondu temps après injection
Affinités de la moléculeAffinités de la molécule
Décalage du spectre d’émission après injection i.v.
Réhaussement de l’intensité de fluorescenceaprès injection i.v.
Même phénomènes in vitro lors de l’incubation avec des liposomes ou des micelles
Caractère amphiphile de la molécule
Phénomènes observés
Affinités de la moléculeAffinités de la molécule
Phospholipides de l’endothélium vasculaire ?(Mordon, Microvasc Research 98)
Phospholipides circulants (HDL) (Yoneya, IOVS 98)
Phospholipides des drusen (Chang, Ophthalmology 98)
Interaction avec les stuctures Interaction avec les stuctures phospholipidiquesphospholipidiques
Rendement de fluorescenceRendement de fluorescence
Rendement de fluorescence de l’ICG est 25 fois inférieur à celui de la fluorescéine sodique(Fox 1960)
Rendement de fluorescenceRendement de fluorescence
Caractère additif de la lumière de fluorescence infrarouge
Extinction de la fluorescence (Quenching)
Interactions de la lumière de fluorescence avec les particules du solvan
Rendement de fluorescenceRendement de fluorescence
Rayonnement d’excitation et d’émission IR de l’ICG n’est pas ou peu absorbé par l’hémoglobine
« Transparence » des structures contenant du sang pour les rayonnements IR
Caractère additif de la fluorescence des différentes couches vasculaire (croisements des vaisseaux)
Caractère additif de la fluorescence IR
Rendement de fluorescenceRendement de fluorescence
Extinction de la fluorescence (quenching)
Pour des valeurs de concentrations plasmatiques dépassant 0.080 mg/ml
Rôle de la concentration
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0,001 0,01 0,1 1 10
Concentration ICG (mg/ml)
Inte
nsi
té d
e fl
uor
esce
nce
(U
A) If (UA)
Quenching : extinction de l’intensité de fluorescenceQuenching : extinction de l’intensité de fluorescenceen fonction de la concentration d’ICGen fonction de la concentration d’ICG
Rendement de fluorescenceRendement de fluorescence
La diffusion d’un rayonnement sur des particules est influencée par la taille de ces particules
Diffusion de MieDiffusion de Mie : « forward Scattering » a un rendement relativement faible. Est favorisée par la présence des éléments figurés du sang (hématies)
Diffusion de RaleyghDiffusion de Raleygh : isotropique a un rendement plus élevé. Est favorisée par la présence des petites molécules plasmatiques
Mode de diffusion de la lumière de fluorescence
Rendement de fluorescenceRendement de fluorescenceMode de diffusion de la lumière de fluorescence
Solution plasmatique Solution sanguine
Augmentation du rendementde fluorescence, la diffusion
de Raleygh prédomine
Diminution du rendementde fluorescence, la diffusion
de Mie prédomine
La proportion entre les deux modes de diffusion s’inverserait lors du passage d’une solution plasmatique à une solution sanguine (Flower 95)
Cette inversion de proportion expliquerait qu’une solution plasmatique soit environ 6 fois plus fluorescente qu’une solution sanguine(Scheider 92)
Rendement de fluorescenceRendement de fluorescence
Mode de diffusion de la lumière de fluorescence
Des variations de l’hématocrite local au sein des capillaires pourraient influencer l’intensité de fluorescence(Van der Biesen 1995)
Rendement de fluorescenceRendement de fluorescence
Mode de diffusion de la lumière de fluorescence
Premières notions : confinement intravasculaire plus important que celui des molécules de fluorescéine
Flower 1994 : diffusion des molécules d ’ICG dans des conditions expérimentales. Influence sur la sémiologie des images en ophtalmo ?
Chang 1998 : diffusion vers le stroma choroïdien, accumulation au sein de l’épithélium pigmentaire
Diffusion des molécules d’ICGDiffusion des molécules d’ICG
Fixation préférentielle sur les nvo ?
Baisse de l’hématocrite local ?
Diminution de la fluorescence des tissus périvasculaires ?
Aspects cliniquesAspects cliniquesImprégnation des néovaisseaux de la DMLA
Pourquoi une certaine proportion des néovaisseauxPourquoi une certaine proportion des néovaisseauxoccultes de la DLMA bénéficie t’elle de l’angiographie ICG ??occultes de la DLMA bénéficie t’elle de l’angiographie ICG ??
Haut métabolisme des néovaisseaux
Hyperexpression des récepteurs aux lipoprotéines
Fixation des molécules d’ICG aux parois vasculaires par l’intermédiaire de lipoprotéines ?
Aspects cliniquesAspects cliniquesImprégnation des néovaisseaux de la DMLA
Autre hypothèseAutre hypothèse
Mode d’illumination et de constitution des images différents
DEP apparaissent iso ou hyperfluorescents avec les rétinographes mais hypofluorescents avec les rétinographes
Flower (1998) : le slo élimine la lumière diffusée (diffusion isotropique de Raleygh) au contact des protéines du DEP
Aspects cliniquesAspects cliniquesSlo ou Rétinographe
Structures moléculaires très différentes d’où des propriétés physico-chimiques différentes
FluorescéineFluorescéine : masse moléculaires plus petite, faible coefficient de partage (peu lipophile)
ICGICG : masse moléculaire deux fois plus importante, nature très amphiphile
ICG / Fluorescéine sodiqueICG / Fluorescéine sodique
Structures moléculaires
FluorescéineFluorescéine : diffusion au travers des membranes, phénomène dépendant du pH
ICGICG : Peu d’études concernant la diffusion- Molécule généralement décrite comme confinée
dans les vaisseaux mais pouvant diffuser- Affinité pour les phospholipides démontrée
ICG / Fluorescéine sodiqueICG / Fluorescéine sodique
Passage transmembranaire
Description d’une sémiologie est beaucoup plus lente qu’elle ne l’a été pour la fluorescéine
Analyse de plusieurs couches vasculaires complique l’interprétation
Fluorescence faible amplifiée peut être une source de confusion surtout pour les temps tardifs
La zone de recouvrement des filtres est peu connue par les utilisateurs
ConclusionConclusion
Caractère amphiphile, affinités complexes pour des éléments plasmatiques et les structures phospholipidiques
Métabolisme complexe ; différents mécanismes pour le rendement de fluorescence
Compréhension des images n’est pas aussi intuitive que celle obtenues avec la fluorescéine
Progrès récents apportés par des études mixtes fondamentales et cliniques
ConclusionConclusion