Usage of FTIR spectro-imaging for the development of a molecular anatomo-pathology of cerebral tumors

Abstract

Les gliomes sont des tumeurs agressives de mauvais pronostic, très angiogéniques et infiltrantes ce qui rend leur exérèse particulièrement difficile. Vu les limites des techniques actuelles d’imagerie, nous avons proposé la spectro-imagerie Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF), d’une résolution spatiale de 6 µm, pour apporter une information moléculaire à l’examen histologique actuel des gliomes. Nos travaux ont été fondés sur la recherche de paramètres moléculaires des vaisseaux sanguins, notamment sur la base des contenus de leur membrane basale. Celle-ci subit des altérations dûes au stress angiogénique tumoral. Nous avons mis en évidence des altérations de la structure secondaire des protéines (tels les collagènes) des vaisseaux sanguins au cours de la croissance de la tumeur. Nous avons aussi évalué les modifications des chaines d’acides gras des phospholipides membranaires, qui révélent un degré d’insaturation plus important pour les vaisseaux tumoraux. Ensuite, sur un modèle de gliome murin, nous avons établi une méthode efficace de classification des capillaires sanguins sur la base d’absorptions de leurs contenus glucidiques et lipidiques, permettant de discriminer totalement les capillaires sains et tumoraux. La combinaison de ces paramètres a été mise à profit pour assurer une histopathologie moléculaire des gliomes humains. Nos résultats ont démontré qu’il est possible de différencier entre la vasculature saine et tumorale sur ces gliomes humains, ce qui permet une bonne délimitation des zones tissulaires correspondantes. Cette technique pourrait devenir un outil analytique fiable, rapide d’une durée compatible avec la chirurgie et donc très utile pour les neurochirurgiens.

Malignant gliomas are very aggressive tumors with poor prognosis, highly angiogenic and invasive into the surrounding brain parenchyma, making their resection very difficult. Regarding the limits of current imaging techniques, we have proposed Fourier Transform Infrared (FTIR) spectro-imaging, with a spatial resolution of 6 µm, to provide molecular information for the histological examination of gliomas. Our work was based on the research of molecular parameters of blood vessels, notably on the basis of the contents of their basement membrane, which undergoes changes due to tumor angiogenic stress. We have identified alterations of the secondary structure of proteins (such as collagen) in blood vessels during tumor growth. We have also assessed the changes in fatty acyl chains of membrane phospholipids, which revealed a higher unsaturation level in tumor vessels. Then, on a murine glioma model, we have established an efficient method of blood vessels classification based on their carbohydrates and fats contents, allowing the differentiation between healthy and tumor blood vessels. The combination of these parameters was used to provide a molecular histopathology for the study of human gliomas. Our results have demonstrated the feasibility of differentiating between healthy and tumor vasculature in these human gliomas, which help delimitating areas of corresponding tissue. This technique could become a reliable and fast analytical tool, with duration compatible with the surgery and thus very useful for neurosurgeons.