Propriétés fondamentales du Vert d indocyanine D.U. angiographie & pathologies rétiniennes...

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)


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)


Benson : émission max à 820 nm

Hollins : émission max à 810 nm

Spectre d’émission - Solution aqueuse


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)


Caractère additif de la lumière de fluorescence infrarouge

Extinction de la fluorescence (Quenching)

Interactions de la lumière de fluorescence avec les particules du solvan


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


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


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)



Des variations de l’hématocrite local au sein des capillaires pourraient influencer l’intensité de fluorescence(Van der Biesen 1995)



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

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