L'Université de Tokyo et l'Université de York valident pour la première fois le principe de l'imagerie par ratio de positronium

L'équipe de recherche de l'École supérieure d'ingénierie de l'Université de Tokyo et de l'Université de York au Royaume-Uni a établi un nouveau principe d'imagerie géométrique exploitant la désintégration à trois photons du positronium. Grâce à un système de mesure des rayons gamma composé de scintillateurs et de photomultiplicateurs au silicium (SiPM), ainsi qu'au radiopharmaceutique PET existant ^{^18}F-FDG, elle a pour la première fois visualisé le ratio de désintégration à trois photons du positronium, réalisant ainsi la validation du principe de l'imagerie par ratio de positronium (PRI : Positronium Ratio Imaging). Les résultats ont été publiés dans *Communications Physics*.

Actuellement, les examens PET en médecine nucléaire clinique utilisent principalement les rayons gamma produits lors de l'annihilation à deux photons entre un positron et un électron pour visualiser l'accumulation du médicament dans l'organisme. Cette méthode fournit des informations quantitatives sur le métabolisme ou la capture du médicament, mais elle reflète de manière limitée les informations sur le microenvironnement, telles que l'hypoxie tissulaire, qui sont liées au degré de malignité des maladies. Ces dernières années, les chercheurs ont tenté d'obtenir davantage d'informations tissulaires via la durée de vie moyenne du positronium formé lors du processus d'annihilation des positrons, mais cette méthode nécessite généralement l'introduction de nucléides ou d'agents spéciaux, ce qui limite son application pratique.

Schéma du principe de l'imagerie à trois photons

Résultats d'imagerie lorsque l'eau et le matériau poreux (XAD-4) sont mélangés avec du ¹⁸F-FDG

Cette recherche s'est concentrée sur le ratio entre la désintégration à trois photons et la désintégration à deux photons du positronium. L'équipe de recherche a exploité la symétrie géométrique des relations de conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement satisfaites par la désintégration à trois photons, simplifiant le problème complexe de reconstruction d'image en une équation quadratique analytiquement résoluble. Parallèlement, l'équipe a développé un système de détection compatible avec les équipements PET cliniques, utilisant un réseau de scintillateurs HR-GAGG à haute résolution énergétique et un réseau de photodétecteurs SiPM, afin de répondre aux exigences de performance de détection pour l'imagerie à trois photons.

Lors des expériences, les chercheurs ont mélangé de l'eau et le matériau poreux XAD-4 avec du ^{^18}F-FDG et ont réalisé l'imagerie. Les résultats montrent que le ratio de positronium dans le matériau poreux augmente de manière significative, validant la capacité de la technologie PRI à distinguer différents microenvironnements. L'équipe de recherche a indiqué que ces résultats démontrent qu'il est possible d'obtenir des informations de niveau supérieur sur le microenvironnement tissulaire en utilisant les agents PET cliniques existants, sans développer de nouveaux médicaments PET.

Les applications potentielles de la technologie PRI incluent l'observation non invasive des caractéristiques du microenvironnement telles que la taille des espaces vides ou l'état d'hypoxie à l'intérieur d'organismes biologiques ou de matériaux. En particulier dans le diagnostic et le traitement des tumeurs, l'hypoxie tissulaire est étroitement liée au degré de malignité du cancer et à la tolérance thérapeutique ; si une évaluation quantitative devenait possible, cela pourrait aider à établir plus précocement des stratégies thérapeutiques appropriées. Cette technologie est également considérée comme pouvant servir à la recherche précoce et à l'exploration diagnostique de maladies telles que la maladie d'Alzheimer.

De plus, l'équipe de recherche estime que la PRI présente une compatibilité élevée avec les technologies de théranostique en développement dans le domaine de la médecine nucléaire. Par exemple, en combinant des nucléides possédant à la fois des propriétés diagnostiques et thérapeutiques, comme le cuivre-64 (^64Cu), il serait possible de quantifier simultanément le métabolisme tumoral et l'environnement hypoxique lors de l'imagerie PET et de l'évaluation PRI, fournissant ainsi davantage d'éléments pour une médecine personnalisée.