WO2022180344A1 - Device for intra-tissue nmr detection and administering of molecules - Google Patents

Device for intra-tissue nmr detection and administering of molecules Download PDF

Info

Publication number
WO2022180344A1
WO2022180344A1 PCT/FR2022/050344 FR2022050344W WO2022180344A1 WO 2022180344 A1 WO2022180344 A1 WO 2022180344A1 FR 2022050344 W FR2022050344 W FR 2022050344W WO 2022180344 A1 WO2022180344 A1 WO 2022180344A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
implantable
biological sample
interest
compound
administration
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/050344
Other languages
French (fr)
Inventor
Yannick Cremillieux
Noël PINAUD
Justine DEBORNE
Original Assignee
Universite de Bordeaux
Centre National De La Recherche Scientifique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite de Bordeaux, Centre National De La Recherche Scientifique filed Critical Universite de Bordeaux
Publication of WO2022180344A1 publication Critical patent/WO2022180344A1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14525Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using microdialysis
    • A61B5/14528Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using microdialysis invasively
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6846Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive
    • A61B5/6847Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be brought in contact with an internal body part, i.e. invasive mounted on an invasive device
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/285Invasive instruments, e.g. catheters or biopsy needles, specially adapted for tracking, guiding or visualization by NMR
    • G01R33/287Invasive instruments, e.g. catheters or biopsy needles, specially adapted for tracking, guiding or visualization by NMR involving active visualization of interventional instruments, e.g. using active tracking RF coils or coils for intentionally creating magnetic field inhomogeneities
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/32Excitation or detection systems, e.g. using radio frequency signals
    • G01R33/34Constructional details, e.g. resonators, specially adapted to MR

Definitions

  • TITLE Device coupling intra-tissue NMR detection and administration of molecules TECHNICAL FIELD
  • the present invention relates to the field of nuclear magnetic resonance (NMR).
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • the invention relates, more specifically, to the field of microprobes that can be implemented in a device for spectroscopic analysis by NMR (SRM) or imaging by NMR (MRI), in particular for the analysis of a biological sample.
  • SRM spectroscopic analysis by NMR
  • MRI imaging by NMR
  • NMR is a spectroscopic method for analyzing matter, based on the magnetic properties of certain atomic nuclei.
  • MRS magnetic resonance spectroscopy
  • MRI magnetic resonance imaging
  • SNR signal-to-noise ratio
  • This ratio depends, among other things, on the size of the sample, the concentration of the nuclei, the Larmor frequency and the Bi/i efficiency of the NMR probe, where B1 is the oscillating magnetic field generated by the probe NMR and i is the intensity of the current applied in the probe.
  • the Bi/i ratio is inversely proportional to the size of the NMR probe. For this reason, the size of the NMR probes is, almost systematically, adapted to the volume of the sample, of the tissue or of the organ analyzed or imaged by NMR. The sensitivity of the NMR analysis is thus partly linked to the size of the NMR probe.
  • implantable NMR probes are centimeter or millimeter in size and come in the form of rigid planar or solenoidal structures.
  • the rigidity of their structure allows the implantation of the NMR probe in soft tissues (such as the brain or the peritoneal cavity) and the planar geometry of the probe ensures detection sensitivity on the tissues located opposite. of the probe.
  • Soft tissues such as the brain or the peritoneal cavity
  • the planar geometry of the probe ensures detection sensitivity on the tissues located opposite. of the probe.
  • One of the problems posed by this type of structure is linked to their invasive and destructive aspect with respect to the tissues.
  • the dimensions of this type of NMR probe are constrained by the need to preserve the tissues at the time of insertion, along the path and at the final position of implantation of the NMR probe. It is for this reason that current NMR probes are generally implanted in the lumen of organs (stomach, esophagus, etc.) in order to avoid the destruction of the surrounding tissues.
  • the NMR probes are not implanted directly in the tissue to be analyzed, but only in close proximity.
  • the current compromise between safety and performance (sensitivity) of the NMR probe does not allow the use of NMR probes directly in the tissues or organs to be imaged or analyzed, since their implantation within the tissue of interest would lead to the destruction of the surrounding tissues.
  • NMR probes do not allow real-time evaluation of the effect of compounds of interest, such as therapeutic molecules, at the implantation site.
  • the evaluation of such effects requires many adjustments and manipulations that require dedicated qualified personnel.
  • the administration of the compounds and the analysis of their effects by NMR includes several successive steps of placement and removal of the probe, which are incompatible with real-time analysis. These repeated manipulations also present a risk for the patient.
  • probes that can be used for the analysis or imaging of biological samples, which allow the administration of a compound and an accurate NMR analysis of its effect in real time, without detrimental destruction of the surrounding tissues.
  • probes allowing the administration of a therapeutic molecule such as a drug or a drug candidate, and the monitoring, advantageously in real time, of the effect of said therapeutic molecule by NMR analysis.
  • the present invention therefore aims to remedy at least partially the drawbacks of current NMR probes, by proposing an NMR microprobe of millimeter or submillimeter size coupled to means for administering compounds.
  • the invention allows minimally invasive implantation of microprobes, while ensuring biocompatibility and NMR detection sensitivity suitable for in vivo SRM/MRI studies. These probes allow the administration of compounds of interest, in particular therapeutic molecules, at the implantation site and the analysis of their effect in real time.
  • the implantable microprobes according to the invention can thus advantageously allow the localized administration of therapeutic molecules, and the monitoring of their effect in real time.
  • implantable microprobes according to the invention can advantageously be used to carry out MRS (magnetic resonance spectroscopy) or MRI (magnetic resonance imaging) analyzes with high detection sensitivity, in particular on low-volume biological samples.
  • MRS magnetic resonance spectroscopy
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the sensitivity of the probes according to the invention makes it possible to envisage the profiling (detection, quantification) of biological chemical species (for example metabolites, neurotransmitters or small molecules), of nuclei (for example 23Na, 31P or 13C) present in weak quantities in the samples analyzed, in particular in quantities less than one nanomole, or even to produce high spatial resolution images of biological samples.
  • the invention thus relates to a device combining means for administering a compound of interest, such as a therapeutic molecule, and NMR detection means, allowing in particular, according to a particular embodiment, the analysis of the effects of the compound administered to the tissue, the organ or any other biological sample in which the device according to the invention is implanted.
  • the detection means make it possible in particular to produce images and NMR analysis spectra with increased spatial resolution and detection sensitivity.
  • the subject of the invention is an implantable magnetic resonance imaging or spectroscopy device comprising means for administering a compound of interest, and detection means comprising an implantable NMR micro-antenna, in which the administration means and the implantable NMR micro-antenna are adjacent and extend parallel along a longitudinal axis of the implantable device, a distal end of said administration means and of said detection means forming an implantable end of said device.
  • the administration means are chosen from the group consisting of a needle, a syringe, a cannula and a microdialysis probe, preferably a microdialysis probe.
  • the NMR micro-antenna comprises at least one magnetic resonance circuit.
  • the distal end of the magnetic resonance circuit can have, for example, a generally looped, U-shaped, twisted shape or a helical shape.
  • the administration means comprise or consist of a microdialysis probe, a microdialysis membrane of said microdialysis probe forming the distal end of the administration means.
  • the distal end of the NMR micro-antenna can advantageously at least partially surround the microdialysis membrane of the microdialysis probe.
  • the device further comprises an outer sleeve in which the administration means and the detection means extend at least partially.
  • an external diameter of the implantable distal end of the device is less than or equal to 2 millimeters +/- 10%, preferably less than or equal to 1.5 millimeters +/- 10%, preferably between 0 .5 and 1.5 millimeters +/- 10%, or in which an external diameter of the implantable end of the device is less than or equal to 500 micrometers +/- 10%, preferably between 50 and 500 micrometers +/- 10 %.
  • the invention also relates to a kit comprising the implantable imaging or spectroscopy device according to the invention, a tuning-matching circuit capable of being placed at a distance from the magnetic resonance circuit of the NMR micro-antenna and optionally a compound of interest intended to be administered.
  • a subject of the invention is also the ex vivo or in vitro use of an implantable device or of a kit according to the invention, for measuring the biodistribution of a compound of interest in a biological sample and/or for evaluating the effect of a compound of interest on a biological sample, in particular on the cellular metabolism of the biological sample.
  • the invention also relates to a method for in vitro or ex vivo molecular analysis in a biological sample, said method comprising the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample, G administration of a compound of interest by the means of administration of the implantable device, the detection of the compounds administered or of their by-products in the biological sample by the implantable NMR micro-antenna and optionally the molecular and structural analysis of the sample biological by spectroscopy or magnetic resonance imaging by the implantable NMR micro-antenna.
  • the method further comprises the recovery and analysis of a sample taken from the biological sample, said sample being taken by the implantable device.
  • the compound of interest is a therapeutic molecule or molecule for therapeutic purposes.
  • the subject of the invention is an implantable magnetic resonance imaging or spectrometry microprobe comprising:
  • - detection means comprising an implantable NMR micro-antenna, in which the administration means and the implantable NMR micro-antenna are adjacent and extend along a longitudinal axis X of the implantable device, a distal end of said administration means and said sensing means forming an implantable distal end of said device.
  • the subject of the invention is an implantable magnetic resonance imaging or spectrometry microprobe comprising:
  • - detection means comprising an implantable NMR micro-antenna, in which the means of administration and the implantable NMR micro-antenna are adjacent and extend parallel along a longitudinal axis X of the implantable device, a distal end of said means of administration and said detection means forming an implantable distal end of said device.
  • magnetic resonance imaging or spectroscopy device or “microprobe for nuclear magnetic resonance” means the part of an apparatus for analysis by nuclear magnetic resonance intended to generate a radiofrequency magnetic field to excite the nuclear spins of a sample and/or to detect a magnetic field.
  • a microprobe generally comprises an LC-type resonant circuit (RLC circuit) which provides coupling with an external radio frequency magnetic field, as well as an impedance matching circuit.
  • RLC circuit LC-type resonant circuit
  • distal end is meant the portion of the element considered furthest from the manipulator and/or closest to the implantation zone.
  • proximal end means the portion of the element considered closest to the manipulator and/or furthest from the implantation zone.
  • adjacent it is meant that the means of administration and the implantable NMR micro-antenna extend in the immediate vicinity of one another. According to the invention, said elements also extend along the same longitudinal axis, so that they extend parallel.
  • the administration means and the implantable NMR micro-antenna can be placed side by side, separated by a short distance, be concentric, etc.
  • implantable device it is meant that the device can be inserted into a sample, in particular into a biological sample in vivo or ex vivo, such as a tissue, possibly within an organ.
  • biological sample is meant a set of cells grouped together in a cluster, network or bundle.
  • the biological sample is an organ or an organ portion.
  • the biological sample may be a tissue sample obtained for example by biopsy, a part of an organ, a cancerous tissue, etc.
  • the biological sample can be a tissue or an organ in vivo, that is to say within a living individual.
  • the biological sample is a liquid or a fluid, preferably contained in a tissue or bone cavity, such as cerebrospinal fluid, pleural fluid, peritoneal fluid, cardiac fluid as well as physiological fluids such as plasma or blood.
  • Samples can be of animal, human or plant origin.
  • the biological sample can be analyzed or imaged in vivo, in vitro or ex vivo.
  • compound of interest any molecule or substance inducing or likely to induce an effect at the implantation site where the compound is administered.
  • This compound can be a chemical substance, a peptide, a hormone or a neurotransmitter for example.
  • the compound of interest is a therapeutic molecule or molecule for therapeutic purposes.
  • the compound of interest may be a drug candidate.
  • the compound of interest is a molecule whose therapeutic effect is known, such as a drug, in particular a drug that has received marketing authorization.
  • the device according to the invention can for example allow monitoring in a tissue or organ ex vivo or in vivo of the therapeutic effect of a therapeutic compound, advantageously in real time and/or continuously over a period of time.
  • therapeutic effect is understood to mean a measurable effect, immediate or delayed, transient or definitive, reflecting an improvement in the state of health or well-being of a subject in relation to the use of a therapeutic compound and, explainable by one or more of its pharmacological properties, in particular by the effectiveness of the active ingredient contained therein.
  • the state of health of the subject can in particular be analyzed on the basis of one or more known biomarkers for a given disease or condition.
  • a “biomarker” can be any measurable biological indicator.
  • the biomarkers can be molecular markers such as metabolites.
  • the expression or concentration of a biomarker is deregulated (increased or decreased) in the biological sample analyzed, in particular compared to a reference sample, such as a healthy sample.
  • the healthy sample is preferably of the same histological origin as the sample tested.
  • the biological sample is brain tissue
  • the reference sample is healthy brain tissue.
  • the compound of interest can in particular be chosen from a drug against cancer, an infectious disease such as a fungal, bacterial or viral disease, a metabolic disease such as hepatic steatosis or diabetes, an autoimmune disease, an neurodegenerative disease such as Parkinson's or Alzheimer's, a genetic disease or a mental illness such as depression.
  • the compound of interest can thus be, according to a particular embodiment, an antiseptic, antibacterial, antifungal, antiviral, analgesic, antidepressant, anxiolytic, anti-inflammatory, immunotherapeutic, immunosuppressive or chemotherapeutic drug.
  • the compound of interest can take any form known to those skilled in the art, in particular a chemical molecule, a protein or a peptide, an antibody, DNA, cDNA, RNA or one of their fragments.
  • a chemical molecule e.g., a protein or a peptide, an antibody, DNA, cDNA, RNA or one of their fragments.
  • the means of administration and detection are more particularly described below.
  • the device according to the invention comprises means for administering a compound of interest.
  • the administration means allow local or localized administration of a compound of interest.
  • means of administration any means allowing the administration, injection or diffusion of a compound of interest at the site of implantation of the device according to the invention.
  • the distal end of the administration means forms an implantable distal end of said device.
  • the administration means are chosen from the group consisting of a needle, a syringe, a cannula, a catheter and a microdialysis probe.
  • the compound of interest is generally included in a solution or liquid, facilitating its administration.
  • the solution comprising the compound of interest may in particular comprise an aqueous solution (perfusate) which closely resembles the ionic composition of the surrounding tissue fluid.
  • the solution or the liquid comprising the compound of interest is adapted to the implantation site, and is in particular isotonic with the biological sample in which the device is implanted.
  • the perfusate has a higher concentration of molecules than that found in the biological sample.
  • the means of administration are a microdialysis probe.
  • a microdialysis membrane of said microdialysis probe forms the distal end of the administration means, intended to be implanted in a biological sample.
  • the microdialysis membrane is thus located at the implantation site and allows the release of the compound of interest through the microdialysis membrane.
  • a dialysis membrane is a semi-permeable film containing pores of different sizes. Dialysis works by differential diffusion across the membrane.
  • a "microdialysis membrane” is a semi-permeable membrane that has nanopores to exchange small molecules between a solution (or infusion fluid) included in the microdialysis probe and the fluid in a tissue in which the device according to the invention is implanted.
  • the microdialysis site thus corresponds to the implantation site, i.e. the place of diffusion of the substances or compounds of interest through the membrane at the level of the implantation site (for example tissue or organ) .
  • microdialysis probes can be flexible or rigid, and the inlet and outlet flow paths can be looped, side-by-side, or concentric, for example as described in US Patent No. 5,191,900.
  • Dialysis is preferably bidirectional in that there is exchange of molecules in both directions across the membrane. The difference in concentrations of a specific molecule across the dialysis membrane will determine the direction of the diffusion gradient. Due to this property, the microdialysis technique allows not only the measurement and quantification of endogenous molecules, but also the delivery of site-specific drugs into the extracellular space (Rongquist, G. et al. (1992) Acta Neurochir 114: 8-11; Muller, M. et al (1997) Clin Pharmacol Ther 62: 165-170).
  • the microdialysis probe has a concentric design.
  • the flow or delivery of solution through the microdialysis probe at the implant site is generally referred to as perfusate, and the flow of fluid collected by the microdialysis probe from the implant site is generally referred to as dialysate.
  • the perfusion medium (perfusate) generally enters the probe through an inlet channel in which it is transported and it flows to the distal end of this channel which is surrounded by the membrane of microdialysis.
  • the solution comprising the compound of interest is therefore diffused at the level of the dialysis site, that is to say at the level of the implantation site.
  • Substances from the interstitial fluid can in turn cross the semi-permeable membrane by means of passive diffusion.
  • the resulting dialysate exits the probe by flowing through an exit channel, where it can be collected for analysis.
  • the extraction of the dialysate makes it possible to reduce the pressure at the level of the implantation site.
  • the microdialysis probe can thus comprise an inlet channel for the injection of a compound of interest, a microdialysis membrane for the diffusion of the compound of interest at the level of the implantation site and an outlet channel for the extraction of the dialysate.
  • the inlet and outlet channels can typically be microdialysis catheters.
  • the inlet and outlet channels can be connected to external elements making it possible to circulate and monitor/analyze the dialysis solution, for example such as a pump or a syringe.
  • the device according to the invention can thus comprise a device allowing the active transport of fluid comprising a compound of interest, such as for example a pressure pump and/or a suction pump.
  • This device can be configured to selectively transport and/or controllably the administration of the solution comprising the compound of interest and/or the withdrawal of the dialysate.
  • the biological sample is generally perfused continuously at a relatively low rate, preferably about 0.1 to 5 ⁇ l per minute.
  • the detection means comprise an implantable NMR micro-antenna operating in transmission-reception or in reception only and allowing the detection and acquisition of nuclear magnetic resonance signals.
  • the detection means comprise at least one magnetic resonance circuit.
  • the magnetic resonance circuit can be realized using micro-electro-mechanical systems (MEMS) fabrication procedures.
  • MEMS micro-electro-mechanical systems
  • the magnetic resonance circuit is formed of a conductive metal.
  • the magnetic resonance circuit comprises at least one conductive metal microwire, such as a copper microwire.
  • said microwire has a diameter of less than 200 micrometers, less than 150 micrometers or less than 100 micrometers, preferably less than 70 micrometers, 60 micrometers, 50 micrometers, 40 micrometers, 30 micrometers or at 20 micrometers.
  • the microwire has a diameter less than or equal to 50 micrometers.
  • the microwire has an outer diameter comprised between 10 and 70 micrometers, between 20 and 60 micrometers or between 30 and 50 micrometers.
  • the microwire has an outer diameter of between 30 and 50 micrometers.
  • the distal end of the magnetic resonance circuit has the general shape of a loop, U, twist or a helical shape. This makes it possible to generate an alternating magnetic field for the detection of nuclear magnetic resonance signals.
  • the means of administration and the at least one magnetic resonance circuit are adjacent and extend along a longitudinal axis X of the implantable device, a distal end of said means of administration and of said detection means forming an end implantable distal of said device.
  • the detection means partially surround the administration means.
  • the detection and administration means are in fluid communication.
  • fluid communication is meant that the detection and administration means are positioned relative to each other so as to be able to allow a fluid or a solution comprising a compound of interest to circulate.
  • the compound of interest is free to diffuse means of administration towards the site of implantation.
  • the administration and detection means are integral.
  • solidarity is meant a close connection between the means of administration and the means of detection.
  • the distal end of the detection means is irreversibly attached to the distal end of the administration means.
  • the administration means are a microdialysis probe and the detection means an NMR circuit
  • the distal end of the NMR circuit at least partially surrounds the membrane of the microdialysis probe.
  • the implantable device according to the invention may also comprise an outer sleeve in which the administration means and the detection means extend at least partially.
  • the device according to the invention can be mounted in translation in the outer sleeve.
  • the outer sleeve does not cover the NMR detection circuit or the microdialysis membrane.
  • the outer sleeve is retractable.
  • the administration and detection means are protected by the outer sleeve, and are only deployed outside the outer sleeve at the level of the site of location of interest.
  • the outer sleeve may include a beveled tip to facilitate its introduction into the biological sample.
  • the external diameter of the implantable distal end of the device is less than or equal to 5 millimeters +/- 10%, preferably less than or equal to 4 millimeters +/- 10%, less than or equal to 3 millimeters +/- 10%, less than or equal to 2 millimeters +/- 10%, less than or equal to 1.5 millimeters +/- 10%, preferably between 0.5 and 5 millimeters +/- 10%, between 0, 5 and 4 millimeters +/- 10%, between 0.5 and 3 millimeters +/- 10%, between 0.5 and 2 millimeters +/- 10%, between 0.5 and 1.5 millimeters +/- 10% .
  • the outer diameter of the implantable end of the device is less than or equal to 500 micrometers +/- 10%, preferably between 50 and 500 micrometers +/- 10%.
  • the device according to the invention can also comprise a sensor or sensor allowing real-time analysis of the substances contained in the dialysate.
  • the sensor module can be configured to directly detect at least one substance or compound of interest in the dialysate or to monitor the concentration of gas (including oxygen) present in the dialysate.
  • the sensor can in particular allow the differential analysis of the composition of the perfusate and the dialysate. This sensor can in particular be located at the level of the proximal end of the device according to the invention. set
  • the invention also relates to a kit comprising the implantable imaging or spectroscopy device according to the invention, a tuning-matching circuit capable of being placed at a distance from the magnetic resonance circuit of the NMR micro-antenna and optionally a compound of interest intended to be administered.
  • the kit may further comprise means for inserting and/or manipulating the probe in order to facilitate its manipulation and its introduction into a biological sample.
  • the kit may further comprise a means for collecting a biological sample.
  • the invention thus also relates to a kit for inserting an implantable device comprising a hollow micro-needle and an implantable device according to the invention.
  • the microneedle has a beveled tip to facilitate its introduction into the biological sample.
  • a microprobe according to the invention can be mounted in translation in a microneedle.
  • the kit can thus either comprise a ready-to-use microneedle, in which a microprobe is already housed in translation, or a microneedle and a microprobe ready to be mounted in translation inside the microneedle.
  • the insertion kit can also comprise a compound of interest, in particular therapeutic molecules or molecules for therapeutic purposes.
  • the insert kit includes therapeutic molecules for administration to a subject.
  • the term “subject” designates a mammal, and preferentially a human, including an adult, a child or an infant.
  • the term “subject” can also designate a non-human mammal, in particular a non-human primate.
  • a subject of the invention is also the use of a kit for inserting a microprobe for the analysis of a sample or of a biological tissue.
  • the biological sample can be analyzed in vivo, in vitro or ex vivo, in particular after taking a sample, tissue or organ from a subject.
  • the kit according to the invention can also be used for analyzing and/or monitoring the therapeutic effect of a compound of interest in vivo, in particular in a living tissue or organ.
  • the invention also relates to a magnetic resonance imaging or spectroscopy device comprising the device according to the invention, said magnetic resonance imaging or spectroscopy device further comprising a tuning-matching circuit arranged at a distance of the magnetic resonance circuit of the microprobe.
  • the tuning and matching circuit is in particular composed of two variable capacitors.
  • the so-called tuning capacitor makes it possible to tune the frequency of the resonant circuit of the NMR probe to the Larmor resonance frequency, which depends on the core and the magnetic field used.
  • the nucleus is a hydrogen nucleus, preferably composed of a single proton ('H).
  • the capacity called adaptation, makes it possible to optimize and maximize the power transfer between the NMR probe and the amplification, digitization and signal processing chain of the spectrometer of the magnetic resonance system, in particular for the production images and spectra.
  • the microprobe is interfaced (via the amplification, digitization and signal processing chain) with the magnetic resonance imaging system for the production of magnetic resonance images and spectra.
  • the magnetic resonance imaging device comprising the microprobe according to the invention makes it possible to obtain spectra of a biological sample with a spectral resolution of less than 5 Hz.
  • the invention also relates to the in vivo, in vitro or ex vivo use of an implantable device or of the kit as described above, for measuring by MRI and/or MRS the biodistribution of a compound of interest in a biological sample and/or to evaluate the effect of a compound of interest on a biological sample, in particular on the cellular metabolism of the biological sample.
  • the invention also relates to the in vivo, in vitro or ex vivo use of an implantable device or of the kit as described above for the diagnosis of a disease or a condition, or for monitoring the progression of a disease or condition, in particular by identifying and/or monitoring biomarkers associated with this disease or condition.
  • these biomarkers are detected by SRM.
  • the detection of one or more biomarkers associated with a disease in a biological sample reflects the state of health of the subject (for example sick or healthy), in particular in comparison with the analysis of a healthy tissue. .
  • the detection by SRM in a cerebral biological sample of a decrease in the concentration of N-acetylaspartate (NAA) and an increase in the concentration of choline (Cho) and the Lipids/Lactate complex in comparison with a sample healthy brain can translate the presence of a glioblastoma.
  • NAA N-acetylaspartate
  • Cho choline
  • Lipids/Lactate complex in comparison with a sample healthy brain
  • the proton MRS makes it possible to highlight a reduction in the concentration of NAA and an increase in the concentrations of creatine and choline at the level of the epileptogenic focus. This is of great interest, especially during a preoperative assessment of resection surgery of the cerebral area where the epileptogenic focus has been precisely identified by MRS.
  • MRS The analysis by MRS, in a prostatic biological sample, of a decrease in the concentrations of citrate and polyamines and an increase in the concentration of choline, compared to a healthy prostate tissue, is an indicator of the presence of a tumor. .
  • the evolution of the ratio between the concentration of citrate and the concentration of choline can also be a marker of tumor severity.
  • the invention also relates to the in vivo, in vitro or ex vivo use of an implantable device or of the kit as described above for monitoring a therapeutic treatment by monitoring biomarkers associated with a disease or condition.
  • the biomarker(s) are detected by SRM.
  • the disappearance of biomarkers indicating the presence of a disease following the administration of a compound of interest can be associated with a therapeutic effect of said compound.
  • the return to a level of expression or concentration of the biomarker at a level similar to the level observed in a healthy sample can also be associated with a therapeutic effect of said compound.
  • the device can be used, for example, in the diagnosis of a medical condition, the monitoring of the progression of a progressive pathology (eg traumatic brain injury) or surgical procedures, or for the evaluation of appropriate treatment regimens .
  • a progressive pathology eg traumatic brain injury
  • the device or kit according to the invention can be used to evaluate the effectiveness of a known drug or a candidate drug for the treatment of a disease or condition.
  • the disease diagnosed or monitored by means of the device according to the invention can in particular be chosen from cancer, an infectious disease such as a fungal, bacterial or viral disease, a metabolic disease such as hepatic steatosis or diabetes, an auto immune system, a neurodegenerative disease such as Parkinson's or Alzheimer's, a genetic disease or a mental illness such as depression.
  • an infectious disease such as a fungal, bacterial or viral disease
  • a metabolic disease such as hepatic steatosis or diabetes
  • an auto immune system a neurodegenerative disease such as Parkinson's or Alzheimer's
  • a genetic disease or a mental illness such as depression.
  • the pathologies affected by the use of the device according to the invention are:
  • cancer for example for the development of drugs, the evaluation of the grade of the tumor, the monitoring of the tumor, the evaluation of therapeutic treatments.
  • the type of cancer targeted which may be glioma, breast cancer, liver cancer, lung cancer, or sarcomas for example,
  • neurodegenerative diseases for example for the quantification of neurotransmitters in Parkinson's disease, the development of drugs in Alzheimer's disease and multiple sclerosis,
  • the invention particularly relates to a method for the molecular analysis of a biological sample, said method comprising:
  • the detection of the administered compounds or their by-products in the biological sample by the implantable NMR micro-antenna - optionally, molecular and structural analysis of the biological sample by spectroscopy or magnetic resonance imaging using the implantable NMR micro-antenna.
  • the invention also relates to a method for the molecular analysis of a biological sample, said method comprising:
  • the invention also relates to a method for diagnosing a disease in a biological sample from a subject, said method comprising:
  • a comparison with a reference spectrum is carried out, the reference spectrum preferably being that of a healthy biological sample.
  • the invention also relates to a method for the molecular analysis of a biological sample, said method comprising: - the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample;
  • the invention also relates to a method for the therapeutic treatment of a sick subject, said method comprising: - the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample in vivo, in particular into a tissue or organ of a living subject;
  • the follow-up is carried out until the subject's state of health improves.
  • the disappearance of the biomarker(s) associated with a disease in the biological sample is an indicator of an improvement in the state of health of the subject.
  • the return to a level of expression or concentration of the biomarker at a similar level observed in a healthy sample is also an indicator of an improvement in the state of health of the subject.
  • the invention also relates to a method for selecting a therapeutic molecule, said method comprising:
  • the analysis of the therapeutic effect is carried out by SRM.
  • a comparison with a reference spectrum is carried out, the reference spectrum preferably being that of a healthy biological sample.
  • the process can be repeated in order to administer different therapeutic molecules, thus making it possible to select the therapeutic molecule(s) most suited to the treatment of the patient.
  • the process can be carried out in vitro, in vivo or ex vivo.
  • the biological sample is a tissue and/or an organ of a subject and the microprobe is inserted at an anatomical location of interest in a tissue and/or an organ of a subject.
  • the use of such a probe is thus similar to an in situ and non-destructive biopsy method on living tissue.
  • the method further comprises the recovery and analysis of a sample taken from the biological sample, said sample being taken by the implantable device.
  • the detection of the administered compounds or its by-products in the biological sample by the implantable NMR micro-antenna makes it possible to evaluate the molecular and structural profile of the biological sample. This detection can be carried out several times over time to obtain trends in the chemical changes of the biological sample.
  • the effect of a compound of interest, administered by the administration means according to the invention within a biological sample is evaluated by magnetic resonance experiments carried out by the micro-antenna NMR, in particular, by magnetic resonance spectroscopy (MRS) and/or magnetic resonance imaging (MRI) experiments.
  • MRS magnetic resonance spectroscopy
  • MRI magnetic resonance imaging
  • the effect of a compound of interest is evaluated by SRM, in particular by NMR spectrum analysis.
  • An NMR spectrum includes peaks or series of peaks called signals which correspond to the resonance of the different protons present in a biological sample.
  • the NMR spectrum indicates a quantity called "chemical shift" denoted d and expressed in parts per million (ppm), reflecting the offset between the resonance frequency of the protons of the biological sample and a reference resonance frequency.
  • the reference frequency zero chemical shift
  • the NMR spectrum of the biological sample is compared to the NMR spectrum of a reference sample.
  • obtaining and/or analyzing NMR spectra can be performed to compare two conditions. This makes it possible, for example, to evaluate the effect of the administration of a compound of interest compared to a reference condition (absence of the compound of interest or other compound whose effect is known), to evaluate the effect of a compound of interest over time or to detect the presence of a disease.
  • a reference condition absence of the compound of interest or other compound whose effect is known
  • the comparison of the profiles of the NMR spectra in particular the presence and amplitude of the peaks of the metabolites of the sample and, possibly, of the compound of interest, testifies to the modifications of the molecular metabolism of the biological sample.
  • sample A is from a subject to be tested and sample B is a reference sample, such as a sample from a healthy tissue or organ.
  • the obtaining and/or the analysis of the NMR spectra is carried out in real time.
  • the obtaining and/or the analysis of the NMR spectra is carried out continuously over a given period of time.
  • the effect of a compound of interest is evaluated by MRI.
  • the presence of a compound of interest can in fact lead to functional and morphological changes in the biological sample (necrosis, oedema, etc.), visible on MRI.
  • the device according to the invention thus allows precise evaluations by SRM and/or MRI thanks to the positioning of the NMR micro-antenna in the immediate vicinity of the zone of administration of the compound of interest.
  • the evaluation of the effect of the compound of interest can thus be carried out in real time, without requiring analysis on the dialysate recovered at the outlet of the means of administration, in particular such as the microdialysis membrane.
  • the information from the MRI or SRM analysis can be compared or correlated with the dialysate analysis.
  • the dialysate can also be collected and analyzed repeatedly to obtain trends of chemical changes in the biological sample. This analysis can be carried out by means of biomolecular analysis known to those skilled in the art or via the sensor described above.
  • the invention may also relate to a method for identifying or sampling molecules in a biological sample, which consists of inserting the distal end of the device according to the invention into the sample and then causing a solution from an inlet channel of the microdialysis probe through the microdialysis membrane and a return of a fluid through an outlet channel, allowing its collection at an outlet orifice.
  • a solution from an inlet channel of the microdialysis probe through the microdialysis membrane and a return of a fluid through an outlet channel allowing its collection at an outlet orifice.
  • One or more fractions of the fluid are collected as it emerges from the exit orifice, in particular over a period and at a frequency of interest.
  • a collected fraction can then be analyzed for the presence of the molecule or for the search for other compounds, in parallel with detection by MRI or SRM.
  • the information from the MRI or SRM analysis can be compared or correlated with an earlier and/or later analysis of the tissue or organ in which the device according to the invention is implanted by any means known to those skilled in the art.
  • all or part of the tissue or organ can be collected and analyzed.
  • the sample can be taken by means known to those skilled in the art, in particular by biopsy.
  • the analysis of the sample can be carried out by any technique of microscopy and molecular biology known to those skilled in the art.
  • the MRI or SRM analysis of the sample allows the precise detection of the occurrence of a biological event, such as the production or secretion of a compound or substance of interest.
  • the method according to the invention may comprise the collection of the dialysate at the time of the occurrence of such an event, in particular for the cellular production of molecules of interest.
  • the insertion of the microprobe into a biological sample and the metabolic analysis of this sample are carried out in vivo or ex vivo, preferably on a sample previously taken from the subject.
  • the analysis can also be carried out in vitro, in particular on cell cultures or organoids.
  • the insertion of the microprobe into a biological sample and the metabolic analysis of this sample are carried out in vivo, i.e. in the organ or tissue of a living subject.
  • the microprobe according to the invention has a detection volume of the biological sample of between 0.1 and 1 microliter, particularly between 100 and 400 nanoliters, between 100 and 300 nanoliters or between 100 and 200 nanoliters, preferably between 150 and 300 nanoliters, between 150 and 250 nanoliters, between 150 and 200 nanoliters or between 200 and 250 nanoliters.
  • the microprobe has a biological sample detection volume of about 200 nanoliters.
  • detection volume is meant the volume of the region of the biological sample in which the microprobe has the capacity to collect and transmit the NMR signal.
  • the sensitivity of the microprobe according to the invention was evaluated in vitro on lactate solutions as well as in an implantation situation in vivo in animals and in situ in grapes. Detection thresholds of 1 mM on lactate were obtained with acquisition times of the order of a second. These detection thresholds are compatible with the concentrations of numerous metabolites and molecules of interest present in vivo (eg: NAA, choline, lactate, creatine, glutamate, etc.).
  • FIG. 1 represents an implantable magnetic resonance imaging or spectroscopy device, according to a first embodiment
  • Figure 2 is an enlargement seen from the front (A) and seen from the side (B) of the implantable end of the device according to Figure 1;
  • FIG. 3 schematically shows the molecular exchanges between the implantable device according to Figure 1 and the implantation zone of said device;
  • FIG. 4 represents an implantable magnetic resonance imaging or spectroscopy device, according to a second embodiment;
  • Figure 5 is an enlargement seen from the front of the implantable end of the device according to Figure 4.
  • FIG. 6 represents the use of an implantable device according to the invention for the infusion of gadolinium (Gd)
  • Figure 7 represents the use of an implantable device according to the invention for the infusion of DMSO.
  • Cr Creatine
  • Cho Choline
  • DMSO Dimethylsulfoxide
  • Glu Glutamate
  • Gin Glutamine
  • Lac Lactate
  • MM Macromolecules
  • NAA N-acetylaspartate
  • Tau Taurine
  • FIG. 1 to 3 illustrate a first embodiment of a magnetic resonance imaging or spectroscopy device according to the invention.
  • the detection means 2 and the administration means 3 extend parallel to each other along a longitudinal axis X, partially inside a sleeve 4.
  • An implantable distal end 5 of said device 1 comprises a distal end 6 of the detection means (magnetic resonance circuit) and a distal end 7 of the administration means (FIG. 2).
  • the administration means consist of a microdialysis probe comprising an inlet channel 8, an outlet channel 9, extending into the sleeve 4, and a microdialysis membrane 10, extending out of the sleeve 4.
  • the distal end 6 of the magnetic resonance circuit has a general U-shape, surrounding the microdialysis membrane 10 of the microdialysis probe.
  • FIG. 3 schematically illustrates the molecular exchanges between the microdialysis membrane 10 and the implantation site, such as a biological sample.
  • a perfusate is brought through the inlet channel 8 and diffuses into the biological sample at the level of the microdialysis membrane 10, while a dialysate rises through the outlet channel 9, towards a proximal end of the device, so that it can be collected and analyzed.
  • the implantable end 6 of the NMR micro-antenna allows the continuous and simultaneous detection of the administered compounds or their by-products in the biological sample.
  • FIGS. 4 and 5 illustrate a second embodiment of a device 100 for magnetic resonance imaging or spectroscopy according to the invention.
  • the device 100 comprises detection means 101 and administration means 102, which extend parallel to each other along a longitudinal axis X, partially inside a sleeve 103.
  • An implantable distal end 104 of said device 100 comprises a distal end 105 of the detection means (magnetic resonance circuit) and a distal end 106 of the administration means.
  • Figure 5 shows the implantable distal end 104 in more detail.
  • the administration means 102 consist of a microdialysis probe comprising an inlet channel 107, an outlet channel 108, extending into the sleeve 103, and microdialysis membrane 109, extending out of the sleeve 4.
  • the distal end 105 of the magnetic resonance circuit comprises a metallic wire 110, such as a copper wire, twisted around the membrane of microdialysis 109 of the microdialysis probe.
  • Molecular exchanges similar to those described in FIG. 3 for the first embodiment, can take place at the level of the implantable end 104 of the device 100.
  • FIG. 6 shows the effective perfusion of the implantable device according to the invention, for the administration of a compound of interest and for its detection in MRI by the micro-antenna of the device.
  • CSF cerebrospinal fluid
  • gadolinium a contrast agent commonly used in MRI
  • Gadolinium is defined as being a contrast agent with a predominant Tl effect (or as a so-called "positive" contrast agent) because, by reducing the relaxation time Tl of the tissues with which it is in contact, it leads to an increase in signal strength. Indeed, on Tl-weighted sequences, tissues with short Tl appear in hypersignal.
  • Figure 7 shows the effective infusion of compound of interest by the implantable device according to the invention, in particular by a microdialysis membrane and its detection by the micro-antenna by MRS of the different resonance frequencies of the protons of the compound of interest and brain metabolites.
  • a solution of artificial cerebrospinal fluid (CSF) and dimethylsulfoxide (DMSO - C2H60S) (30 mM) was infused at a flow rate of 1 pL/min, through the microdialysis membrane of the device, previously implanted in the right cortex of a rat.
  • CSF cerebrospinal fluid
  • DMSO - C2H60S dimethylsulfoxide
  • NMR sequence Point-RESolved Spectroscopy
  • Figure 8 shows the spectra acquired by the implantable device according to the invention, in a healthy rat and a rat with a brain tumor.
  • the device was implanted in the right cortex of the rat.
  • the device was implanted in the tumour. Before placement, by stereotactic surgery, of the cannula allowing the introduction of the device into the region of interest (here, the brain tumor), MRI anatomical images of the brain of the rat were taken in order to precisely determine the location of the the latter and therefore the future positioning of the device.
  • region of interest here, the brain tumor
  • the device according to the invention is implanted in a cerebral tumor of a rat and an antitumor drug is administered within the tumor.
  • An exchange of molecules takes place, by passive diffusion, between two liquid media: the extracellular tumor medium and the perfusion medium containing the antitumor drug.
  • MRS and/or MRI analyzes with high detection sensitivity antitumor drug effects are realized in real time.
  • the detection volume, estimated by the MRI images, is 850 nL.
  • a molecule such as oxamate can be administered locally within the tumor by the implantable device according to the invention.
  • An MRI image is obtained to verify device implantation and oxamate delivery efficiency.
  • SRM analyzes are performed to determine the effects of oxamate on the tumor spectrum.
  • Oxamate inhibits the process of conversion, by the enzyme LDH-A, of pyruvate into lactate. This leads to a decrease in the concentration of lactate and to the modification of resonance peaks of the main metabolites (eg creatine and choline) in the tumor spectrum.
  • a decrease in these biomarkers indicates a therapeutic effect of oxamate and possibly an improvement in the subject's state of health.
  • the device according to the invention can be used for the development and evaluation of the efficacy of therapeutic compounds, such as candidate therapeutic compounds.
  • the implementation of personalized therapy/precision medicine may be facilitated.
  • the inventors also carried out two other studies, the main objective of which was to evaluate and highlight the potential of implantable NMR micro-antennas in the acquisition of NMR spectra and MRI images on regions of interest of low volume (less than one microlitre) such as those concerned by the device according to the invention, in healthy rats and in rats bearing a cerebral tumour.
  • a first study concerns the design and implementation of an implantable NMR micro-antenna, with a detection volume of 850 nL, in healthy rats.
  • NMR experiments at a magnetic field of 7 T, were carried out in vitro and in vivo on the brains of healthy rats.
  • the results obtained with the implantable NMR micro-antenna were compared with those obtained with a conventional external NMR antenna and showed a gain in sensitivity greater than 50 compared to the detection offered by the external antenna.
  • NMR spectra were acquired with the NMR micro-antenna implanted in the right cortex of the healthy rat.
  • Concentrations of major brain metabolites (Cho, Gin, Glu, Cr, ml, Tau, NAA, Lac) were quantified and compared reference values available in the literature. The results obtained show a significant similarity with respect to the reference values and thus testify to the efficiency and the minimally invasive character of the NMR micro-antenna.
  • a decrease in the concentration of NAA and an increase in the amplitude of the resonance peak of the Lipid/Lactate complex were observed.
  • the gain in sensitivity obtained by the use of implantable NMR micro-antennas allows the detection of metabolic variations characteristic of tumor metabolism on small volumes equivalent to those concerned in the device according to the invention.

Abstract

The invention relates to a micro-probe for imaging or for magnetic resonance spectroscopy, comprising means for administering a compound of interest and detection means comprising an implantable NMR micro-antenna, wherein the administering means and the micro-antenna are adjacent and extend along a longitudinal axis X of the implantable device, a distal end of the administering means and of the detection means forming an implantable distal end of the device. The invention thus also relates to a device for imaging or for magnetic resonance spectroscopy comprising a micro-probe, as well as to a method for metabolic analysis of or for imaging a biological sample using the micro-probe.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
TITRE : Dispositif couplant la détection RMN intra-tissulaire et l’administration de molécules DOMAINE TECHNIQUE TITLE: Device coupling intra-tissue NMR detection and administration of molecules TECHNICAL FIELD
La présente invention concerne le domaine de la résonance magnétique nucléaire (RMN). L’invention vise, plus précisément, le domaine des microsondes pouvant être mises en œuvre dans un dispositif d'analyse spectroscopique par RMN (SRM) ou d'imagerie par RMN (IRM), notamment pour l’analyse d’un échantillon biologique. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE The present invention relates to the field of nuclear magnetic resonance (NMR). The invention relates, more specifically, to the field of microprobes that can be implemented in a device for spectroscopic analysis by NMR (SRM) or imaging by NMR (MRI), in particular for the analysis of a biological sample. TECHNOLOGICAL BACKGROUND
La RMN est une méthode spectroscopique d'analyse de la matière, fondée sur les propriétés magnétiques de certains noyaux atomiques. Malgré son utilisation répandue et ses applications variées, notamment dans le domaine médical, les techniques qui découlent de la RMN comme la spectroscopie par résonance magnétique (SRM) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont des techniques intrinsèquement peu sensibles comparées aux techniques d’analyse par fluorescence, spectrométrie de masse ou imagerie nucléaire. La sensibilité de la RMN s’évalue par la mesure du rapport signal/bruit (RSB) des acquisitions dans le domaine temporel ou fréquentiel. Ce rapport dépend, entre autres, de la taille de l’échantillon, de la concentration des noyaux, de la fréquence de Larmor et de l’efficacité Bi/i de la sonde RMN, où B1 est le champ magnétique oscillant généré par la sonde RMN et i est l’intensité du courant appliqué dans la sonde. Le rapport Bi/i est inversement proportionnel à la taille de la sonde RMN. Pour cette raison, la taille des sondes RMN est, de manière quasi systématique, adaptée au volume de l’échantillon, du tissu ou de l’organe analysé ou imagé par RMN. La sensibilité de l’analyse RMN est ainsi liée en partie à la taille de la sonde RMN. A l’heure actuelle, les sondes RMN implantables sont de taille centimétrique ou millimétrique et se présentent sous la forme de structures rigides planaires ou solénoïdales. La rigidité de leur structure permet de réaliser l’implantation de la sonde RMN dans des tissus mous (tels que l’encéphale ou la cavité péritonéale) et la géométrie planaire de la sonde assure une sensibilité de détection sur les tissus situés en vis à vis de la sonde. Un des problèmes posés par ce type de structures est lié à leur aspect invasif et destructif vis à vis des tissus. Aussi, les dimensions de ce type de sondes RMN sont contraintes par la nécessité de préserver les tissus au moment de l’insertion, le long du trajet et à la position finale d’implantation de la sonde RMN. C’est pour cette raison que les sondes RMN actuelles sont généralement implantées dans le lumen d’organes (estomac, œsophage, etc.) afin d’éviter la destruction des tissus environnant. Ainsi, les sondes RMN ne sont pas implantées directement dans le tissu à analyser, mais à proximité immédiate seulement. NMR is a spectroscopic method for analyzing matter, based on the magnetic properties of certain atomic nuclei. Despite its widespread use and its varied applications, particularly in the medical field, the techniques that derive from NMR such as magnetic resonance spectroscopy (MRS) and magnetic resonance imaging (MRI) are inherently insensitive techniques compared to techniques analysis by fluorescence, mass spectrometry or nuclear imaging. The sensitivity of NMR is assessed by measuring the signal-to-noise ratio (SNR) of acquisitions in the time or frequency domain. This ratio depends, among other things, on the size of the sample, the concentration of the nuclei, the Larmor frequency and the Bi/i efficiency of the NMR probe, where B1 is the oscillating magnetic field generated by the probe NMR and i is the intensity of the current applied in the probe. The Bi/i ratio is inversely proportional to the size of the NMR probe. For this reason, the size of the NMR probes is, almost systematically, adapted to the volume of the sample, of the tissue or of the organ analyzed or imaged by NMR. The sensitivity of the NMR analysis is thus partly linked to the size of the NMR probe. Currently, implantable NMR probes are centimeter or millimeter in size and come in the form of rigid planar or solenoidal structures. The rigidity of their structure allows the implantation of the NMR probe in soft tissues (such as the brain or the peritoneal cavity) and the planar geometry of the probe ensures detection sensitivity on the tissues located opposite. of the probe. One of the problems posed by this type of structure is linked to their invasive and destructive aspect with respect to the tissues. Also, the dimensions of this type of NMR probe are constrained by the need to preserve the tissues at the time of insertion, along the path and at the final position of implantation of the NMR probe. It is for this reason that current NMR probes are generally implanted in the lumen of organs (stomach, esophagus, etc.) in order to avoid the destruction of the surrounding tissues. Thus, the NMR probes are not implanted directly in the tissue to be analyzed, but only in close proximity.
Le compromis actuel entre innocuité et performances (sensibilité) de la sonde RMN, ne permet pas l’utilisation des sondes RMN directement dans les tissus ou organes à imager ou à analyser, puisque leur implantation au sein du tissu d’intérêt entraînerait la destruction des tissus alentour. The current compromise between safety and performance (sensitivity) of the NMR probe does not allow the use of NMR probes directly in the tissues or organs to be imaged or analyzed, since their implantation within the tissue of interest would lead to the destruction of the surrounding tissues.
Un autre problème lié aux sondes RMN actuelles est qu’elles ne permettent pas d’évaluer en temps réel l’effet de composés d’intérêt, tels que des molécules thérapeutiques, au site d’implantation. L’évaluation de tels effets requière de nombreux réglages et manipulations qui nécessitent un personnel qualifié dédié. En particulier, l’administration des composés et l’analyse de leurs effets par RMN comprend plusieurs étapes successives de mise en place et de retrait de la sonde, incompatibles avec l’analyse en temps réel. Ces manipulations répétées présentent également un risque pour le patient. Another problem with current NMR probes is that they do not allow real-time evaluation of the effect of compounds of interest, such as therapeutic molecules, at the implantation site. The evaluation of such effects requires many adjustments and manipulations that require dedicated qualified personnel. In particular, the administration of the compounds and the analysis of their effects by NMR includes several successive steps of placement and removal of the probe, which are incompatible with real-time analysis. These repeated manipulations also present a risk for the patient.
Il existe donc un besoin en sondes pouvant être utilisées pour l’analyse ou l’imagerie d’échantillon biologique, qui permettent l’administration d’un composé et une analyse RMN précise de son effet en temps réel, sans destruction préjudiciable des tissus environnants. Il existe plus particulièrement un besoin en sondes permettant l'administration d'une molécule thérapeutique telle qu'un médicament ou un médicament candidat, et le suivi, avantageusement en temps réel, de l'effet de ladite molécule thérapeutique par analyse RMN. There is therefore a need for probes that can be used for the analysis or imaging of biological samples, which allow the administration of a compound and an accurate NMR analysis of its effect in real time, without detrimental destruction of the surrounding tissues. . There is more particularly a need for probes allowing the administration of a therapeutic molecule such as a drug or a drug candidate, and the monitoring, advantageously in real time, of the effect of said therapeutic molecule by NMR analysis.
RESUME DE L’INVENTION La présente invention vise donc à remédier au moins partiellement aux inconvénients des sondes RMN actuelles, en proposant une microsonde RMN de taille millimétrique ou submillimétrique couplé à des moyens d’administration de composés. L’invention permet une implantation des microsondes invasive à minima, tout en assurant une biocompatibilité et une sensibilité de détection RMN adaptée aux études SRM/IRM in vivo. Ces sondes permettent l’administration de composés d’intérêt, en particulier de molécules thérapeutiques, au niveau du site d’implantation et l’analyse de leur effet en temps réel. Les microsondes implantables selon l'invention peuvent donc ainsi avantageusement permettre l'administration localisée de molécules thérapeutiques, et le suivi de leur effet en temps réel. Ces microsondes implantables selon l’invention peuvent avantageusement être utilisées pour réaliser des analyses SRM (spectroscopie par résonance magnétique) ou IRM (imagerie par résonance magnétique) à haute sensibilité de détection, notamment sur échantillons biologiques de faible volume. La sensibilité des sondes selon l’invention permet d’envisager le profilage (détection, quantification) d’espèces chimiques biologiques (par exemple des métabolites, neurotransmetteurs ou petites molécules), de noyaux (par exemple 23Na, 31P ou 13C) présents en faibles quantités dans les échantillons analysés, notamment en quantités inférieures à la nanomole, ou bien encore de réaliser des images à haute résolution spatiale d’échantillons biologiques. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention therefore aims to remedy at least partially the drawbacks of current NMR probes, by proposing an NMR microprobe of millimeter or submillimeter size coupled to means for administering compounds. The invention allows minimally invasive implantation of microprobes, while ensuring biocompatibility and NMR detection sensitivity suitable for in vivo SRM/MRI studies. These probes allow the administration of compounds of interest, in particular therapeutic molecules, at the implantation site and the analysis of their effect in real time. The implantable microprobes according to the invention can thus advantageously allow the localized administration of therapeutic molecules, and the monitoring of their effect in real time. These implantable microprobes according to the invention can advantageously be used to carry out MRS (magnetic resonance spectroscopy) or MRI (magnetic resonance imaging) analyzes with high detection sensitivity, in particular on low-volume biological samples. The sensitivity of the probes according to the invention makes it possible to envisage the profiling (detection, quantification) of biological chemical species (for example metabolites, neurotransmitters or small molecules), of nuclei (for example 23Na, 31P or 13C) present in weak quantities in the samples analyzed, in particular in quantities less than one nanomole, or even to produce high spatial resolution images of biological samples.
L’invention porte ainsi sur un dispositif combinant des moyens d’administration d’un composé d’intérêt, tel qu’une molécule thérapeutique, et des moyens de détection RMN, permettant notamment selon un mode particulier de réalisation, l’analyse des effets du composé administré sur le tissu, l'organe ou tout autre échantillon biologique dans lequel le dispositif selon l’invention est implanté. Les moyens de détection permettent en particulier de réaliser des images et spectres d’analyse RMN avec une résolution spatiale et une sensibilité de détection accrues. The invention thus relates to a device combining means for administering a compound of interest, such as a therapeutic molecule, and NMR detection means, allowing in particular, according to a particular embodiment, the analysis of the effects of the compound administered to the tissue, the organ or any other biological sample in which the device according to the invention is implanted. The detection means make it possible in particular to produce images and NMR analysis spectra with increased spatial resolution and detection sensitivity.
En particulier, l’invention a pour objet un dispositif implantable d’imagerie ou de spectroscopie par résonance magnétique comprenant des moyens d’administration d’un composé d’intérêt, et des moyens de détection comprenant une micro-antenne RMN implantable, dans lequel les moyens d’administration et la micro-antenne RMN implantable sont adjacents et s’étendent parallèlement selon un axe longitudinal du dispositif implantable, une extrémité distale desdits moyens d’administration et desdits moyens de détection formant une extrémité implantable dudit dispositif.In particular, the subject of the invention is an implantable magnetic resonance imaging or spectroscopy device comprising means for administering a compound of interest, and detection means comprising an implantable NMR micro-antenna, in which the administration means and the implantable NMR micro-antenna are adjacent and extend parallel along a longitudinal axis of the implantable device, a distal end of said administration means and of said detection means forming an implantable end of said device.
Avantageusement, les moyens d’administration sont choisis dans le groupe constitué par une aiguille, une seringue, une canule et une sonde de microdialyse, préférentiellement une sonde de microdialyse. Advantageously, the administration means are chosen from the group consisting of a needle, a syringe, a cannula and a microdialysis probe, preferably a microdialysis probe.
Dans un mode de réalisation, la micro-antenne RMN comprend au moins un circuit de résonance magnétique. L’extrémité distale du circuit de résonance magnétique peut avoir par exemple une forme générale en boucle, en U, en torsade ou une forme hélicoïdale. Dans un mode de réalisation, les moyens d’administration comprennent ou consistent en une sonde de microdialyse, une membrane de microdialyse de ladite sonde de microdialyse formant l’extrémité distale des moyens d’administration. L’extrémité distale de la micro-antenne RMN peut avantageusement entourer au moins partiellement la membrane de microdialyse de la sonde de microdialyse. In one embodiment, the NMR micro-antenna comprises at least one magnetic resonance circuit. The distal end of the magnetic resonance circuit can have, for example, a generally looped, U-shaped, twisted shape or a helical shape. In one embodiment, the administration means comprise or consist of a microdialysis probe, a microdialysis membrane of said microdialysis probe forming the distal end of the administration means. The distal end of the NMR micro-antenna can advantageously at least partially surround the microdialysis membrane of the microdialysis probe.
Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un manchon externe dans lequel s’étendent au moins partiellement les moyens d’administration et les moyens de détection. In one embodiment, the device further comprises an outer sleeve in which the administration means and the detection means extend at least partially.
Dans un mode de réalisation, un diamètre externe de l’extrémité distale implantable du dispositif est inférieur ou égal à 2 millimètres +/- 10%, de préférence inférieur ou égal à 1,5 millimètres +/- 10%, préférentiellement compris entre 0,5 et 1,5 millimètres +/- 10%, ou dans lequel un diamètre externe de l’extrémité implantable du dispositif est inférieur ou égal à 500 micromètres +/- 10%, préférentiellement compris entre 50 et 500 micromètres +/- 10%. In one embodiment, an external diameter of the implantable distal end of the device is less than or equal to 2 millimeters +/- 10%, preferably less than or equal to 1.5 millimeters +/- 10%, preferably between 0 .5 and 1.5 millimeters +/- 10%, or in which an external diameter of the implantable end of the device is less than or equal to 500 micrometers +/- 10%, preferably between 50 and 500 micrometers +/- 10 %.
L’invention a également pour objet un kit comprenant le dispositif implantable d’imagerie ou de spectroscopie selon l’invention, un circuit d'accord-adaptation apte à être disposé à distance du circuit de résonance magnétique de la micro-antenne RMN et optionnellement un composé d’intérêt destiné à être administré. The invention also relates to a kit comprising the implantable imaging or spectroscopy device according to the invention, a tuning-matching circuit capable of being placed at a distance from the magnetic resonance circuit of the NMR micro-antenna and optionally a compound of interest intended to be administered.
L’invention a aussi pour objet l’utilisation ex vivo ou in vitro d’un dispositif implantable ou d’un kit selon l’invention, pour mesurer la biodistribution d’un composé d’intérêt dans un échantillon biologique et/ou pour évaluer l’effet d’un composé d’intérêt sur un échantillon biologique, en particulier sur le métabolisme cellulaire de l’échantillon biologique. A subject of the invention is also the ex vivo or in vitro use of an implantable device or of a kit according to the invention, for measuring the biodistribution of a compound of interest in a biological sample and/or for evaluating the effect of a compound of interest on a biological sample, in particular on the cellular metabolism of the biological sample.
L’invention concerne aussi un procédé d’analyse moléculaire in vitro ou ex vivo dans un échantillon biologique, ledit procédé comprenant l’introduction d’une extrémité distale d’un dispositif implantable selon l’invention dans un échantillon biologique, G administration d’un composé d’intérêt par les moyens d’administration du dispositif implantable, la détection des composés administrés ou de ses sous-produits dans l’échantillon biologique par la micro-antenne RMN implantable et optionnellement l’analyse moléculaire et structurelle de l’échantillon biologique par spectroscopie ou imagerie par résonance magnétique par la micro-antenne RMN implantable.The invention also relates to a method for in vitro or ex vivo molecular analysis in a biological sample, said method comprising the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample, G administration of a compound of interest by the means of administration of the implantable device, the detection of the compounds administered or of their by-products in the biological sample by the implantable NMR micro-antenna and optionally the molecular and structural analysis of the sample biological by spectroscopy or magnetic resonance imaging by the implantable NMR micro-antenna.
Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la récupération et l’analyse d’un prélèvement issu de l’échantillon biologique, ledit prélèvement étant réalisé par le dispositif implantable. Avantageusement, le composé d’intérêt est une molécule thérapeutique ou à visée thérapeutique. In one embodiment, the method further comprises the recovery and analysis of a sample taken from the biological sample, said sample being taken by the implantable device. Advantageously, the compound of interest is a therapeutic molecule or molecule for therapeutic purposes.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION Dispositif implantable DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Implantable device
L’invention a pour objet une microsonde implantable d’imagerie ou de spectrométrie par résonance magnétique comprenant : The subject of the invention is an implantable magnetic resonance imaging or spectrometry microprobe comprising:
- des moyens d’administration d’un composé d’intérêt, et - means for administering a compound of interest, and
- des moyens de détection comprenant une micro-antenne RMN implantable, dans lequel les moyens d’administration et la micro-antenne RMN implantable sont adjacents et s’étendent suivant un axe longitudinal X du dispositif implantable, une extrémité distale desdits moyens d’administration et desdits moyens de détection formant une extrémité distale implantable dudit dispositif. - detection means comprising an implantable NMR micro-antenna, in which the administration means and the implantable NMR micro-antenna are adjacent and extend along a longitudinal axis X of the implantable device, a distal end of said administration means and said sensing means forming an implantable distal end of said device.
En particulier, l’invention a pour objet une microsonde implantable d’imagerie ou de spectrométrie par résonance magnétique comprenant : In particular, the subject of the invention is an implantable magnetic resonance imaging or spectrometry microprobe comprising:
- des moyens d’administration d’un composé d’intérêt, et - means for administering a compound of interest, and
- des moyens de détection comprenant une micro-antenne RMN implantable, dans lequel les moyens d’administration et la micro-antenne RMN implantable sont adjacents et s’étendent parallèlement suivant un axe longitudinal X du dispositif implantable, une extrémité distale desdits moyens d’administration et desdits moyens de détection formant une extrémité distale implantable dudit dispositif. - detection means comprising an implantable NMR micro-antenna, in which the means of administration and the implantable NMR micro-antenna are adjacent and extend parallel along a longitudinal axis X of the implantable device, a distal end of said means of administration and said detection means forming an implantable distal end of said device.
On entend par « dispositif d’imagerie ou de spectroscopie par résonance magnétique » ou « microsonde pour résonance magnétique nucléaire », la partie d’un appareil pour l’analyse par résonance magnétique nucléaire destinée à générer un champ magnétique radiofréquence pour exciter les spins nucléaires d’un échantillon et/ou pour détecter un champ magnétique. Une telle microsonde comprend généralement un circuit résonant de type LC (circuit RLC) qui assure le couplage avec un champ magnétique radiofréquence externe, ainsi qu’un circuit d’adaptation d’impédance. The term "magnetic resonance imaging or spectroscopy device" or "microprobe for nuclear magnetic resonance" means the part of an apparatus for analysis by nuclear magnetic resonance intended to generate a radiofrequency magnetic field to excite the nuclear spins of a sample and/or to detect a magnetic field. Such a microprobe generally comprises an LC-type resonant circuit (RLC circuit) which provides coupling with an external radio frequency magnetic field, as well as an impedance matching circuit.
Par « extrémité distale » on entend la portion de l’élément considéré la plus éloignée du manipulateur et/ou la plus rapprochée de la zone d’implantation. Inversement, par « extrémité proximale », on entend la portion de l’élément considéré la plus rapprochée du manipulateur et/ou la plus éloignée de la zone d’implantation. Par « adjacent », on entend que les moyens d’administration et la micro-antenne RMN implantable s’étendent à proximité immédiate l’un de l’autre. Selon l’invention, lesdits éléments s’étendent en outre selon un même axe longitudinal, de sorte qu’ils s’étendent parallèlement. Notamment, les moyens d’administration et la micro-antenne RMN implantable peuvent être accolés, séparés d’une faible distance, être concentriques, etc. By “distal end” is meant the portion of the element considered furthest from the manipulator and/or closest to the implantation zone. Conversely, “proximal end” means the portion of the element considered closest to the manipulator and/or furthest from the implantation zone. By “adjacent”, it is meant that the means of administration and the implantable NMR micro-antenna extend in the immediate vicinity of one another. According to the invention, said elements also extend along the same longitudinal axis, so that they extend parallel. In particular, the administration means and the implantable NMR micro-antenna can be placed side by side, separated by a short distance, be concentric, etc.
Par « dispositif implantable », on entend que le dispositif peut être inséré dans un échantillon, notamment dans un échantillon biologique in vivo ou ex vivo, tel qu’un tissu, éventuellement au sein d’un organe. By “implantable device”, it is meant that the device can be inserted into a sample, in particular into a biological sample in vivo or ex vivo, such as a tissue, possibly within an organ.
Par « échantillon biologique » on entend un ensemble de cellules regroupées en amas, réseau ou faisceau. Dans un mode de réalisation, l’échantillon biologique est un organe ou une portion d’organe. Notamment, l’échantillon biologique peut être un prélèvement tissulaire obtenu par exemple par biopsie, une partie d’organe, un tissu cancéreux, etc. Alternativement, l’échantillon biologique peut être un tissu ou un organe in vivo, c’est-à-dire au sein d’un individu vivant. Dans un mode de réalisation particulier, l’échantillon biologique est un liquide ou un fluide, préférentiellement contenu dans une cavité tissulaire ou osseuse, tel que le liquide céphalorachidien, le liquide pleural, le liquide péritonéal, le liquide cardiaque ainsi que les fluides physiologiques comme le plasma ou le sang. Ce terme couvre également tout liquide entourant un tissu biologique, tel que des organes et des préparations d'organes, comme le liquide intercellulaire ou interstitiel. Les échantillons peuvent être d’origine animale, humaine ou végétale. L’échantillon biologique peut être analysé ou imagé in vivo, in vitro ou ex vivo. By “biological sample” is meant a set of cells grouped together in a cluster, network or bundle. In one embodiment, the biological sample is an organ or an organ portion. In particular, the biological sample may be a tissue sample obtained for example by biopsy, a part of an organ, a cancerous tissue, etc. Alternatively, the biological sample can be a tissue or an organ in vivo, that is to say within a living individual. In a particular embodiment, the biological sample is a liquid or a fluid, preferably contained in a tissue or bone cavity, such as cerebrospinal fluid, pleural fluid, peritoneal fluid, cardiac fluid as well as physiological fluids such as plasma or blood. This term also covers any liquid surrounding biological tissue, such as organs and organ preparations, such as intercellular or interstitial fluid. Samples can be of animal, human or plant origin. The biological sample can be analyzed or imaged in vivo, in vitro or ex vivo.
Par « composé d’intérêt » on entend toute molécule ou substance induisant ou susceptible d’induire un effet au niveau du site d’implantation où le composé est administré. Ce composé peut être une substance chimique, un peptide, une hormone ou un neurotransmetteur par exemple. By “compound of interest” is meant any molecule or substance inducing or likely to induce an effect at the implantation site where the compound is administered. This compound can be a chemical substance, a peptide, a hormone or a neurotransmitter for example.
De préférence, le composé d’intérêt est une molécule thérapeutique ou à visée thérapeutique. Par exemple, le composé d’intérêt peut être un médicament candidat. Selon un mode préféré de réalisation, le composé d’intérêt est une molécule dont l'effet thérapeutique est connu, telle qu’un médicament, en particulier un médicament ayant reçu une autorisation de mise sur le marché.Preferably, the compound of interest is a therapeutic molecule or molecule for therapeutic purposes. For example, the compound of interest may be a drug candidate. According to a preferred embodiment, the compound of interest is a molecule whose therapeutic effect is known, such as a drug, in particular a drug that has received marketing authorization.
Ainsi, le dispositif selon l’invention peut par exemple permettre le suivi dans un tissu ou organe ex vivo ou in vivo de l’effet thérapeutique d’un composé thérapeutique, avantageusement en temps réel et/ou de manière continue sur une période de temps. Par « effet thérapeutique » est entendu un effet mesurable, immédiat ou retardé, transitoire ou définitif, traduisant une amélioration de l’état de santé ou du bien-être d’un sujet en rapport avec l’utilisation d’un composé thérapeutique et, explicable par une ou plusieurs de ses propriétés pharmacologiques, en particulier par l’efficacité du principe actif contenu dans celui-ci. L’état de santé du sujet peut notamment être analysé sur la base d’un ou plusieurs biomarqueurs connus pour une maladie ou une condition donnée. Thus, the device according to the invention can for example allow monitoring in a tissue or organ ex vivo or in vivo of the therapeutic effect of a therapeutic compound, advantageously in real time and/or continuously over a period of time. . The term "therapeutic effect" is understood to mean a measurable effect, immediate or delayed, transient or definitive, reflecting an improvement in the state of health or well-being of a subject in relation to the use of a therapeutic compound and, explainable by one or more of its pharmacological properties, in particular by the effectiveness of the active ingredient contained therein. The state of health of the subject can in particular be analyzed on the basis of one or more known biomarkers for a given disease or condition.
Un « biomarqueur » peut être n’importe quel indicateur biologique mesurable. Par exemple, les biomarqueurs peuvent être des marqueurs moléculaires tels que des métabolites. Pour une maladie ou condition donnée, l’expression ou la concentration d’un biomarqueur est dérégulée (augmentée ou diminuée) dans l’échantillon biologique analysé, notamment par rapport à un échantillon de référence, tel qu’un échantillon sain. L’échantillon sain est de préférence de même origine histologique que l’échantillon testé. Par exemple, lorsque l’échantillon biologique est un tissu cérébral, l’échantillon de référence est un tissu cérébral sain. A “biomarker” can be any measurable biological indicator. For example, the biomarkers can be molecular markers such as metabolites. For a given disease or condition, the expression or concentration of a biomarker is deregulated (increased or decreased) in the biological sample analyzed, in particular compared to a reference sample, such as a healthy sample. The healthy sample is preferably of the same histological origin as the sample tested. For example, when the biological sample is brain tissue, the reference sample is healthy brain tissue.
Le composé d'intérêt peut notamment être choisi parmi un médicament contre le cancer, une maladie infectieuse telle qu’une maladie fongique, bactérienne ou virale, une maladie métabolique telle que la stéatose hépatique ou le diabète, une maladie auto-immune, une maladie neuro dégénérative telle que Parkinson ou Alzheimer, une maladie génétique ou une maladie mentale telle que la dépression. Le composé d'intérêt peut ainsi être, selon une mode particulier de réalisation un médicament antiseptique, antibactérien, antifongique, antiviral, analgésique, antidépresseur, anxiolytique, anti-inflammatoire, immunothérapeutique, immunosuppressif ou chimiothérapeutique. The compound of interest can in particular be chosen from a drug against cancer, an infectious disease such as a fungal, bacterial or viral disease, a metabolic disease such as hepatic steatosis or diabetes, an autoimmune disease, an neurodegenerative disease such as Parkinson's or Alzheimer's, a genetic disease or a mental illness such as depression. The compound of interest can thus be, according to a particular embodiment, an antiseptic, antibacterial, antifungal, antiviral, analgesic, antidepressant, anxiolytic, anti-inflammatory, immunotherapeutic, immunosuppressive or chemotherapeutic drug.
Le composé d’intérêt peut prendre toute forme connue de l’homme du métier, notamment une molécule chimique, une protéine ou un peptide, un anticorps, de l’ADN, de l’ADNc, de l’ARN ou l’un de leurs fragments. Les moyens d’administration et de détection sont plus particulièrement décrits ci-après. The compound of interest can take any form known to those skilled in the art, in particular a chemical molecule, a protein or a peptide, an antibody, DNA, cDNA, RNA or one of their fragments. The means of administration and detection are more particularly described below.
Moyens d’administration Means of administration
Le dispositif selon l’invention comprend des moyens d’administration d’un composé d’intérêt.The device according to the invention comprises means for administering a compound of interest.
En particulier, les moyens d’administration permettent une administration locale ou localisée d’un composé d’intérêt. Ainsi, par « moyens d’administration » est entendu tout moyen permettant l’administration, l’injection ou la diffusion d’un composé d’intérêt au niveau du site d’implantation du dispositif selon l’invention. De préférence, l’extrémité distale des moyens d’administration forme une extrémité distale implantable dudit dispositif. In particular, the administration means allow local or localized administration of a compound of interest. Thus, by "means of administration" is understood any means allowing the administration, injection or diffusion of a compound of interest at the site of implantation of the device according to the invention. Preferably, the distal end of the administration means forms an implantable distal end of said device.
Selon un mode de réalisation, les moyens d’administration sont choisis dans le groupe constitué par une aiguille, une seringue, une canule, un cathéter et une sonde de microdialyse. According to one embodiment, the administration means are chosen from the group consisting of a needle, a syringe, a cannula, a catheter and a microdialysis probe.
Ainsi, le composé d’intérêt est généralement compris dans une solution ou un liquide, facilitant son administration. La solution comprenant le composé d’intérêt peut notamment comprendre une solution aqueuse (perfusât) qui ressemble étroitement à la composition ionique du fluide tissulaire environnant. De préférence, la solution ou le liquide comprenant le composé d’intérêt est adaptée au site d’implantation, et est en particulier isotonique avec l’échantillon biologique dans lequel le dispositif est implanté. Alternativement, le perfusât a une concentration de molécules plus élevée que celle trouvée dans l’échantillon biologique. Thus, the compound of interest is generally included in a solution or liquid, facilitating its administration. The solution comprising the compound of interest may in particular comprise an aqueous solution (perfusate) which closely resembles the ionic composition of the surrounding tissue fluid. Preferably, the solution or the liquid comprising the compound of interest is adapted to the implantation site, and is in particular isotonic with the biological sample in which the device is implanted. Alternatively, the perfusate has a higher concentration of molecules than that found in the biological sample.
De préférence, les moyens d’administration sont une sonde de microdialyse. Dans ce mode de réalisation, une membrane de microdialyse de ladite sonde de microdialyse forme l’extrémité distale des moyens d’administration, destinée à être implantée dans un échantillon biologique. La membrane de microdialyse est ainsi située au niveau du site d’implantation et permet le relargage du composé d’intérêt au travers de la membrane de microdialyse. Preferably, the means of administration are a microdialysis probe. In this embodiment, a microdialysis membrane of said microdialysis probe forms the distal end of the administration means, intended to be implanted in a biological sample. The microdialysis membrane is thus located at the implantation site and allows the release of the compound of interest through the microdialysis membrane.
Une membrane de dialyse est un film semi-perméable contenant des pores de différentes tailles. La dialyse fonctionne par une diffusion différentielle à travers la membrane. Telle qu’utilisée ici, une « membrane de microdialyse » est une membrane semi-perméable qui comporte des nanopores permettant d’échanger de petites molécules entre une solution (ou liquide de perfusion) comprise dans la sonde de microdialyse et le liquide dans un tissu dans lequel le dispositif selon l’invention est implanté. Le site de la microdialyse correspond ainsi au site d’implantation, c’est-à-dire le lieu de la diffusion des substances ou composés d’intérêt à travers la membrane au niveau du site d’implantation (par exemple tissu ou organe). A dialysis membrane is a semi-permeable film containing pores of different sizes. Dialysis works by differential diffusion across the membrane. As used herein, a "microdialysis membrane" is a semi-permeable membrane that has nanopores to exchange small molecules between a solution (or infusion fluid) included in the microdialysis probe and the fluid in a tissue in which the device according to the invention is implanted. The microdialysis site thus corresponds to the implantation site, i.e. the place of diffusion of the substances or compounds of interest through the membrane at the level of the implantation site (for example tissue or organ) .
Diverses conceptions de sondes de microdialyse ont été développées pour des sites ou types de tissus particuliers. Par exemple, les sondes de microdialyse peuvent être flexibles ou rigides, et les trajets d’écoulement d’entrée et de sortie peuvent être en boucle, côte à côte ou concentriques, par exemple comme décrit dans le brevet US n°5,191,900. La dialyse est de préférence bidirectionnelle en ce qu’il y a échange de molécules dans les deux sens à travers la membrane. La différence de concentrations d’une molécule spécifique à travers la membrane de dialyse déterminera la direction du gradient de diffusion. En raison de cette propriété, la technique de microdialyse permet non seulement la mesure et la quantification des molécules endogènes, mais également l’administration de médicaments spécifiques à un site dans l’espace extracellulaire (Rongquist, G. et al. (1992) Acta Neurochir 114 : 8-11 ; Muller, M. et al. (1997) Clin Pharmacol Ther 62 : 165-170). Various designs of microdialysis probes have been developed for particular sites or tissue types. For example, microdialysis probes can be flexible or rigid, and the inlet and outlet flow paths can be looped, side-by-side, or concentric, for example as described in US Patent No. 5,191,900. Dialysis is preferably bidirectional in that there is exchange of molecules in both directions across the membrane. The difference in concentrations of a specific molecule across the dialysis membrane will determine the direction of the diffusion gradient. Due to this property, the microdialysis technique allows not only the measurement and quantification of endogenous molecules, but also the delivery of site-specific drugs into the extracellular space (Rongquist, G. et al. (1992) Acta Neurochir 114: 8-11; Muller, M. et al (1997) Clin Pharmacol Ther 62: 165-170).
Avantageusement, la sonde de microdialyse a une conception concentrique. L’écoulement ou l’administration d’une solution par la sonde de microdialyse au niveau du site d’implantation est généralement appelé perfusât, et l’écoulement de fluide collecté par la sonde de microdialyse et provenant du site d’implantation est généralement appelé dialysat. Advantageously, the microdialysis probe has a concentric design. The flow or delivery of solution through the microdialysis probe at the implant site is generally referred to as perfusate, and the flow of fluid collected by the microdialysis probe from the implant site is generally referred to as dialysate.
Selon un mode de réalisation, le milieu de perfusion (perfusât) pénètre généralement dans la sonde à travers un canal d’entrée dans lequel il est transporté et il s’écoule à l’extrémité distale de ce canal qui est entouré par la membrane de microdialyse. La solution comprenant le composé d’intérêt est donc diffusée au niveau du site de dialyse, c’est-à-dire au niveau du site d’implantation. According to one embodiment, the perfusion medium (perfusate) generally enters the probe through an inlet channel in which it is transported and it flows to the distal end of this channel which is surrounded by the membrane of microdialysis. The solution comprising the compound of interest is therefore diffused at the level of the dialysis site, that is to say at the level of the implantation site.
Des substances du fluide interstitiel peuvent en retour traverser la membrane semi-perméable au moyen d’une diffusion passive. De préférence, le dialysat résultant sort de la sonde en s’écoulant à travers un canal de sortie, où il peut être collecté pour analyse. L’extraction du dialysat permet de réduire la pression au niveau du site d’implantation. La sonde de microdialyse peut ainsi comprendre un canal d’entrée pour l’injection d’un composé d’intérêt, une membrane de microdialyse pour la diffusion du composé d’intérêt au niveau du site d’implantation et un canal de sortie pour l’extraction du dialysat. Substances from the interstitial fluid can in turn cross the semi-permeable membrane by means of passive diffusion. Preferably, the resulting dialysate exits the probe by flowing through an exit channel, where it can be collected for analysis. The extraction of the dialysate makes it possible to reduce the pressure at the level of the implantation site. The microdialysis probe can thus comprise an inlet channel for the injection of a compound of interest, a microdialysis membrane for the diffusion of the compound of interest at the level of the implantation site and an outlet channel for the extraction of the dialysate.
Les canaux d’entrée et de sortie peuvent typiquement être des cathéters de microdialyse. The inlet and outlet channels can typically be microdialysis catheters.
Les canaux d’entrée et de sortie peuvent être reliés à des éléments extérieurs permettant de faire circuler et de surveiller/analyser la solution de dialyse, par exemple telle qu’une pompe ou une seringue. The inlet and outlet channels can be connected to external elements making it possible to circulate and monitor/analyze the dialysis solution, for example such as a pump or a syringe.
Le dispositif selon l’invention peut ainsi comprendre un dispositif permettant le transport actif de fluide comprenant un composé d’intérêt, comme par exemple une pompe de pression et/ou une pompe d’aspiration. Ce dispositif peut être configuré pour transporter sélectivement et/ou de manière contrôlable l’administration de la solution comprenant le composé d’intérêt et/ou le prélèvement du dialysat. The device according to the invention can thus comprise a device allowing the active transport of fluid comprising a compound of interest, such as for example a pressure pump and/or a suction pump. This device can be configured to selectively transport and/or controllably the administration of the solution comprising the compound of interest and/or the withdrawal of the dialysate.
De préférence, l’échantillon biologique est en général perfusé en continu à un débit relativement faible, de préférence d’environ 0,1 à 5 pl par minute. Moyens de détection Preferably, the biological sample is generally perfused continuously at a relatively low rate, preferably about 0.1 to 5 µl per minute. Means of detection
Selon un mode de réalisation, les moyens de détection comprennent une micro-antenne RMN implantable fonctionnant en émission-réception ou en réception seulement et permettant la détection et l’acquisition de signaux de résonance magnétique nucléaire. En particulier, les moyens de détection comprennent au moins un circuit de résonance magnétique. Le circuit de résonance magnétique peut être réalisé à l’aide de procédures de réalisation de systèmes micro-électromécaniques (Micro-Electro-Mechanical Systems ou MEMS). Particulièrement, le circuit de résonance magnétique est formé d’un métal conducteur. De préférence, le circuit de résonance magnétique comprend au moins un microfil en métal conducteur, tel qu’un microfil de cuivre. Dans un mode de réalisation, ledit microfil a un diamètre inférieur à 200 micromètres, inférieur à 150 micromètres ou inférieur à 100 micromètres, de manière préférée inférieur à 70 micromètres, à 60 micromètres, à 50 micromètres, à 40 micromètres, à 30 micromètres ou à 20 micromètres. Préférentiellement, le microfil a un diamètre inférieur ou égal à 50 micromètres. Alternativement, le microfil a un diamètre externe compris entre 10 et 70 micromètres, entre 20 et 60 micromètres ou entre 30 et 50 micromètres. De préférence, le microfil a un diamètre externe compris entre 30 et 50 micromètres. According to one embodiment, the detection means comprise an implantable NMR micro-antenna operating in transmission-reception or in reception only and allowing the detection and acquisition of nuclear magnetic resonance signals. In particular, the detection means comprise at least one magnetic resonance circuit. The magnetic resonance circuit can be realized using micro-electro-mechanical systems (MEMS) fabrication procedures. Specifically, the magnetic resonance circuit is formed of a conductive metal. Preferably, the magnetic resonance circuit comprises at least one conductive metal microwire, such as a copper microwire. In one embodiment, said microwire has a diameter of less than 200 micrometers, less than 150 micrometers or less than 100 micrometers, preferably less than 70 micrometers, 60 micrometers, 50 micrometers, 40 micrometers, 30 micrometers or at 20 micrometers. Preferably, the microwire has a diameter less than or equal to 50 micrometers. Alternatively, the microwire has an outer diameter comprised between 10 and 70 micrometers, between 20 and 60 micrometers or between 30 and 50 micrometers. Preferably, the microwire has an outer diameter of between 30 and 50 micrometers.
De préférence, l’extrémité distale du circuit de résonance magnétique a une forme générale de boucle, de U, de torsade ou une forme hélicoïdale. Ceci permet de générer un champ magnétique alternatif pour la détection des signaux de résonance magnétique nucléaire. Selon l’invention, les moyens d’administration et le au moins un circuit de résonance magnétique sont adjacents et s’étendent suivant un axe longitudinal X du dispositif implantable, une extrémité distale desdits moyens d’administration et desdits moyens de détection formant une extrémité distale implantable dudit dispositif. Preferably, the distal end of the magnetic resonance circuit has the general shape of a loop, U, twist or a helical shape. This makes it possible to generate an alternating magnetic field for the detection of nuclear magnetic resonance signals. According to the invention, the means of administration and the at least one magnetic resonance circuit are adjacent and extend along a longitudinal axis X of the implantable device, a distal end of said means of administration and of said detection means forming an end implantable distal of said device.
Avantageusement, les moyens de détection entourent partiellement les moyens d’administration. De préférence, les moyens de détection et d’administration sont en communication fluidique. Par « communication fluidique » on entend que les moyens de détection et d’administration sont positionnés l’un par rapport à l’autre de manière à pouvoir laisser circuler un fluide ou une solution comprenant un composé d’intérêt. De préférence, le composé d’intérêt est libre de diffuser des moyens d’administration vers le site d’implantation. Advantageously, the detection means partially surround the administration means. Preferably, the detection and administration means are in fluid communication. By “fluidic communication” is meant that the detection and administration means are positioned relative to each other so as to be able to allow a fluid or a solution comprising a compound of interest to circulate. Preferably, the compound of interest is free to diffuse means of administration towards the site of implantation.
Selon un mode de réalisation, les moyens d’administration et de détection sont solidaires. Par « solidaire », on entend une liaison étroite entre les moyens d’administration et les moyens de détection. De préférence, l’extrémité distale des moyens de détection est fixée de manière irréversible sur l’extrémité distale des moyens d’administration. According to one embodiment, the administration and detection means are integral. By “solidarity” is meant a close connection between the means of administration and the means of detection. Preferably, the distal end of the detection means is irreversibly attached to the distal end of the administration means.
En particulier, lorsque les moyens d’administration sont une sonde de microdialyse et les moyens de détection un circuit RMN, l’extrémité distale du circuit RMN entoure au moins partiellement la membrane de la sonde de microdialyse. In particular, when the administration means are a microdialysis probe and the detection means an NMR circuit, the distal end of the NMR circuit at least partially surrounds the membrane of the microdialysis probe.
Le dispositif implantable selon l’invention peut comprendre en outre un manchon externe dans lequel s’étendent au moins partiellement les moyens d’administration et les moyens de détection. De préférence, le dispositif selon l’invention peut être monté en translation dans le manchon externe. The implantable device according to the invention may also comprise an outer sleeve in which the administration means and the detection means extend at least partially. Preferably, the device according to the invention can be mounted in translation in the outer sleeve.
En particulier, le manchon externe ne recouvre pas le circuit de détection RMN ni la membrane de microdialyse. In particular, the outer sleeve does not cover the NMR detection circuit or the microdialysis membrane.
Avantageusement, le manchon externe est rétractable. Ainsi, lors de l’insertion de la sonde dans l’échantillon biologique, les moyens d’administration et de détection sont protégés par le manchon externe, et ne sont déployés à l’extérieur du manchon externe qu’au niveau du site d’implantation d’intérêt. Le manchon externe peut comporter un embout biseauté pour faciliter son introduction dans l’échantillon biologique. Advantageously, the outer sleeve is retractable. Thus, during the insertion of the probe into the biological sample, the administration and detection means are protected by the outer sleeve, and are only deployed outside the outer sleeve at the level of the site of location of interest. The outer sleeve may include a beveled tip to facilitate its introduction into the biological sample.
Selon un mode de réalisation, le diamètre externe de l’extrémité distale implantable du dispositif est inférieur ou égal à 5 millimètres +/- 10%, de préférence inférieur ou égal à 4 millimètres +/- 10%, inférieur ou égal à 3 millimètres +/- 10%, inférieur ou égal à 2 millimètres +/- 10%, inférieur ou égal à 1,5 millimètres +/- 10%, préférentiellement compris entre 0,5 et 5 millimètres +/- 10%, entre 0,5 et 4 millimètres +/- 10%, entre 0,5 et 3 millimètres +/- 10%, entre 0,5 et 2 millimètres +/- 10%, entre 0,5 et 1,5 millimètres +/- 10%. Alternativement, le diamètre externe de l’extrémité implantable du dispositif est inférieur ou égal à 500 micromètres +/- 10%, préférentiellement compris entre 50 et 500 micromètres +/- 10%.According to one embodiment, the external diameter of the implantable distal end of the device is less than or equal to 5 millimeters +/- 10%, preferably less than or equal to 4 millimeters +/- 10%, less than or equal to 3 millimeters +/- 10%, less than or equal to 2 millimeters +/- 10%, less than or equal to 1.5 millimeters +/- 10%, preferably between 0.5 and 5 millimeters +/- 10%, between 0, 5 and 4 millimeters +/- 10%, between 0.5 and 3 millimeters +/- 10%, between 0.5 and 2 millimeters +/- 10%, between 0.5 and 1.5 millimeters +/- 10% . Alternatively, the outer diameter of the implantable end of the device is less than or equal to 500 micrometers +/- 10%, preferably between 50 and 500 micrometers +/- 10%.
Le dispositif selon l’invention peut en outre comprendre un capteur ou senseur permettant l’analyse en temps réel des substances contenu dans le dialysat. Le module de capteur peut être configuré pour détecter directement au moins une substance ou composé d’intérêt dans le dialysat ou pour monitorer la concentration en gaz (notamment l’oxygène) présent dans le dialysat. Le capteur peut notamment permettre l’analyse différentielle de la composition du perfusât et du dialysat. Ce capteur peut notamment être situé au niveau de l’extrémité proximale du dispositif selon l’invention. Kit The device according to the invention can also comprise a sensor or sensor allowing real-time analysis of the substances contained in the dialysate. The sensor module can be configured to directly detect at least one substance or compound of interest in the dialysate or to monitor the concentration of gas (including oxygen) present in the dialysate. The sensor can in particular allow the differential analysis of the composition of the perfusate and the dialysate. This sensor can in particular be located at the level of the proximal end of the device according to the invention. set
L’invention a également pour objet un kit comprenant le dispositif implantable d’imagerie ou de spectroscopie selon l’invention, un circuit d’accord-adaptation apte à être disposé à distance du circuit de résonance magnétique de la micro-antenne RMN et optionnellement un composé d’intérêt destiné à être administré. Le kit peut en outre comprendre des moyens d’insertion et/ou de manipulation de la sonde afin de faciliter sa manipulation et son introduction dans un échantillon biologique. Le kit peut comprendre en outre un moyen de prélèvement d’un échantillon biologique.The invention also relates to a kit comprising the implantable imaging or spectroscopy device according to the invention, a tuning-matching circuit capable of being placed at a distance from the magnetic resonance circuit of the NMR micro-antenna and optionally a compound of interest intended to be administered. The kit may further comprise means for inserting and/or manipulating the probe in order to facilitate its manipulation and its introduction into a biological sample. The kit may further comprise a means for collecting a biological sample.
L’invention a ainsi également pour objet un kit d’insertion d’un dispositif implantable comprenant une micro-aiguille creuse et un dispositif implantable selon l’invention. De préférence, la micro aiguille comporte un embout biseauté pour faciliter son introduction dans l’échantillon biologique. Le positionnement de microsondes RMN à l’aide d’une micro-aiguille comprise dans un kit d’insertion, permet par exemple d’accéder et d’explorer par SRM/IRM l’ensemble des tissus d’un échantillon biologique de façon invasive a minima. The invention thus also relates to a kit for inserting an implantable device comprising a hollow micro-needle and an implantable device according to the invention. Preferably, the microneedle has a beveled tip to facilitate its introduction into the biological sample. The positioning of NMR microprobes using a micro-needle included in an insertion kit, makes it possible, for example, to access and explore by SRM/MRI all the tissues of a biological sample in an invasive way at a minimum.
De préférence, une microsonde selon l’invention peut être montée en translation dans une microaiguille. Le kit peut ainsi soit comporter une microaiguille prête à l’emploi, dans laquelle est déjà logée en translation une microsonde, soit une microaiguille et une microsonde prête à être montée en translation à l’intérieur de la microaiguille. Preferably, a microprobe according to the invention can be mounted in translation in a microneedle. The kit can thus either comprise a ready-to-use microneedle, in which a microprobe is already housed in translation, or a microneedle and a microprobe ready to be mounted in translation inside the microneedle.
Le kit d’insertion peut également comprendre un composé d’intérêt, notamment des molécules thérapeutiques ou à visée thérapeutique. Dans un mode de réalisation, le kit d’insertion comprend des molécules thérapeutiques pour leur administration à un sujet. Dans le contexte de l’invention, le terme « sujet » désigne un mammifère, et préférentiellement un humain, y compris un adulte, un enfant ou un nourrisson. Le terme « sujet » peut également désigner un mammifère non humain, en particulier un primate non humain. The insertion kit can also comprise a compound of interest, in particular therapeutic molecules or molecules for therapeutic purposes. In one embodiment, the insert kit includes therapeutic molecules for administration to a subject. In the context of the invention, the term “subject” designates a mammal, and preferentially a human, including an adult, a child or an infant. The term “subject” can also designate a non-human mammal, in particular a non-human primate.
Dans le contexte de l’invention, une telle administration de molécules thérapeutiques permet l’analyse de l’activité ou de l’effet des molécules thérapeutiques administrées par le dispositif selon l’invention. Ainsi, l’invention a également pour objet l’utilisation d’un kit d’insertion d’une microsonde pour l’analyse d’un échantillon ou d’un tissu biologique. L’échantillon biologique peut être analysé in vivo, in vitro ou ex vivo, notamment après prélèvement d’un échantillon, tissu ou organe chez un sujet. Le kit selon l’invention peut également être utilisé pour l’analyse et/ou le suivi de l’effet thérapeutique d’un composé d’intérêt in vivo, en particulier dans un tissu ou organe vivant. In the context of the invention, such an administration of therapeutic molecules allows the analysis of the activity or of the effect of the therapeutic molecules administered by the device according to the invention. Thus, a subject of the invention is also the use of a kit for inserting a microprobe for the analysis of a sample or of a biological tissue. The biological sample can be analyzed in vivo, in vitro or ex vivo, in particular after taking a sample, tissue or organ from a subject. The kit according to the invention can also be used for analyzing and/or monitoring the therapeutic effect of a compound of interest in vivo, in particular in a living tissue or organ.
L’invention a également pour objet un dispositif d’imagerie ou de spectroscopie par résonance magnétique comprenant le dispositif selon l’invention, ledit dispositif d’imagerie ou de spectroscopie par résonance magnétique comprenant en outre un circuit d’accord-adaptation disposé à distance du circuit de résonance magnétique de la microsonde. The invention also relates to a magnetic resonance imaging or spectroscopy device comprising the device according to the invention, said magnetic resonance imaging or spectroscopy device further comprising a tuning-matching circuit arranged at a distance of the magnetic resonance circuit of the microprobe.
Le circuit d’accord et d’adaptation est en particulier composé de deux capacités variables. La capacité dite d’accord, permet d’accorder la fréquence du circuit résonant de la sonde RMN à la fréquence de résonance de Larmor, dépendante du noyau et du champ magnétique utilisés. De préférence, le noyau est un noyau d’hydrogène, préférentiellement composé d’un seul proton ('H). La capacité, dite d’adaptation, permet d’optimiser et de maximiser le transfert de puissance entre la sonde RMN et la chaîne d’amplification, de numérisation et de traitements de signaux du spectromètre du système de résonance magnétique, en particulier pour la production d’images et de spectres. The tuning and matching circuit is in particular composed of two variable capacitors. The so-called tuning capacitor makes it possible to tune the frequency of the resonant circuit of the NMR probe to the Larmor resonance frequency, which depends on the core and the magnetic field used. Preferably, the nucleus is a hydrogen nucleus, preferably composed of a single proton ('H). The capacity, called adaptation, makes it possible to optimize and maximize the power transfer between the NMR probe and the amplification, digitization and signal processing chain of the spectrometer of the magnetic resonance system, in particular for the production images and spectra.
Dans un mode de réalisation, la microsonde est interfacée (via la chaîne d’amplification, de numérisation et de traitement des signaux) avec le système d’imagerie par résonance magnétique pour la production d’images et de spectres par résonance magnétique. In one embodiment, the microprobe is interfaced (via the amplification, digitization and signal processing chain) with the magnetic resonance imaging system for the production of magnetic resonance images and spectra.
Avantageusement, le dispositif d’imagerie par résonance magnétique comprenant la microsonde selon l’invention permet d’obtenir des spectres d’un échantillon biologique avec une résolution spectrale inférieure à 5 Hz. Procédé et utilisation Advantageously, the magnetic resonance imaging device comprising the microprobe according to the invention makes it possible to obtain spectra of a biological sample with a spectral resolution of less than 5 Hz. Method and use
L’invention concerne également l’utilisation in vivo, in vitro ou ex vivo d’un dispositif implantable ou du kit tel que décrit ci-dessus, pour mesurer par IRM et/ou SRM la biodistribution d’un composé d’intérêt dans un échantillon biologique et/ou pour évaluer l’effet d’un composé d’intérêt sur un échantillon biologique, en particulier sur le métabolisme cellulaire de l’échantillon biologique.The invention also relates to the in vivo, in vitro or ex vivo use of an implantable device or of the kit as described above, for measuring by MRI and/or MRS the biodistribution of a compound of interest in a biological sample and/or to evaluate the effect of a compound of interest on a biological sample, in particular on the cellular metabolism of the biological sample.
L’invention concerne également l’utilisation in vivo, in vitro ou ex vivo d’un dispositif implantable ou du kit tel que décrit ci-dessus pour le diagnostic d’une maladie ou d’une condition, ou pour le suivi de la progression d'une maladie ou d'une condition, notamment par l’identification et/ou le suivi de biomarqueurs associés à cette maladie ou condition. De préférence, ces biomarqueurs sont détectés par SRM. En particulier, la détection d’un ou plusieurs biomarqueurs associé(s) à une maladie dans un échantillon biologique traduit l’état de santé du sujet (par exemple malade ou sain), notamment en comparaison avec l’analyse d’un tissu sain. The invention also relates to the in vivo, in vitro or ex vivo use of an implantable device or of the kit as described above for the diagnosis of a disease or a condition, or for monitoring the progression of a disease or condition, in particular by identifying and/or monitoring biomarkers associated with this disease or condition. Preferably, these biomarkers are detected by SRM. In particular, the detection of one or more biomarkers associated with a disease in a biological sample reflects the state of health of the subject (for example sick or healthy), in particular in comparison with the analysis of a healthy tissue. .
Par exemple, la détection par SRM dans un échantillon biologique cérébral d’une diminution de la concentration de N-acétylaspartate (NAA) et d’une augmentation de la concentration de choline (Cho) et du complexe Lipides/Lactate en comparaison avec un échantillon cérébral sain, peut traduire la présence d’un glioblastome. For example, the detection by SRM in a cerebral biological sample of a decrease in the concentration of N-acetylaspartate (NAA) and an increase in the concentration of choline (Cho) and the Lipids/Lactate complex in comparison with a sample healthy brain, can translate the presence of a glioblastoma.
Dans certaines formes d’épilepsie, la SRM protonique permet de mettre en évidence une diminution de la concentration de NAA et une augmentation des concentrations de la créatine et de la choline au niveau du foyer épileptogène. Ceci est d’un grand intérêt notamment lors d’un bilan préopératoire d’une chirurgie de résection de la zone cérébrale où a été précisément identifié, par SRM, le foyer épileptogène. In certain forms of epilepsy, the proton MRS makes it possible to highlight a reduction in the concentration of NAA and an increase in the concentrations of creatine and choline at the level of the epileptogenic focus. This is of great interest, especially during a preoperative assessment of resection surgery of the cerebral area where the epileptogenic focus has been precisely identified by MRS.
L’analyse par SRM, dans un échantillon biologique prostatique, d’une diminution des concentrations de citrate et des polyamines et une augmentation de la concentration de la choline, comparativement à un tissu prostatique sain, est un indicateur de la présence d’une tumeur. L’évolution du rapport entre la concentration de citrate et la concentration de choline peut également être un marqueur de la gravité tumorale. The analysis by MRS, in a prostatic biological sample, of a decrease in the concentrations of citrate and polyamines and an increase in the concentration of choline, compared to a healthy prostate tissue, is an indicator of the presence of a tumor. . The evolution of the ratio between the concentration of citrate and the concentration of choline can also be a marker of tumor severity.
L’invention concerne également l’utilisation in vivo, in vitro ou ex vivo d’un dispositif implantable ou du kit tel que décrit ci-dessus pour le suivi d’un traitement thérapeutique par le suivi de biomarqueurs associés à une maladie ou une condition. De préférence, le ou les biomarqueurs sont détectés par SRM. Par exemple, la disparition de biomarqueurs indicateurs de la présence d’une maladie suite à l’administration d’un composé d’intérêt peut être associée à un effet thérapeutique dudit composé. Le retour à un niveau d’expression ou de concentration du biomarqueur à un niveau similaire au niveau observé dans un échantillon sain peut également être associé à un effet thérapeutique dudit composé. Le dispositif peut être utilisé, par exemple, dans le diagnostic d’une condition médicale, le suivi de la progression d’une pathologie évolutive (par exemple une lésion cérébrale traumatique) ou des interventions chirurgicales, ou pour l’évaluation des schémas thérapeutiques appropriés. Typiquement, le dispositif ou le kit selon l’invention peuvent être utilisé pour évaluer l’efficacité d’un médicament connu ou d’un médicament candidat pour le traitement d’une maladie ou d’une condition. The invention also relates to the in vivo, in vitro or ex vivo use of an implantable device or of the kit as described above for monitoring a therapeutic treatment by monitoring biomarkers associated with a disease or condition. . Preferably, the biomarker(s) are detected by SRM. For example, the disappearance of biomarkers indicating the presence of a disease following the administration of a compound of interest can be associated with a therapeutic effect of said compound. The return to a level of expression or concentration of the biomarker at a level similar to the level observed in a healthy sample can also be associated with a therapeutic effect of said compound. The device can be used, for example, in the diagnosis of a medical condition, the monitoring of the progression of a progressive pathology (eg traumatic brain injury) or surgical procedures, or for the evaluation of appropriate treatment regimens . Typically, the device or kit according to the invention can be used to evaluate the effectiveness of a known drug or a candidate drug for the treatment of a disease or condition.
La maladie diagnostiquée ou suivie au moyen du dispositif selon l’invention peut notamment être choisie parmi le cancer, une maladie infectieuse telle qu’une maladie fongique, bactérienne ou virale, une maladie métabolique telle que la stéatose hépatique ou le diabète, une maladie auto immune, une maladie neuro-dégénérative telle que Parkinson ou Alzheimer, une maladie génétique ou une maladie mentale telle que la dépression. The disease diagnosed or monitored by means of the device according to the invention can in particular be chosen from cancer, an infectious disease such as a fungal, bacterial or viral disease, a metabolic disease such as hepatic steatosis or diabetes, an auto immune system, a neurodegenerative disease such as Parkinson's or Alzheimer's, a genetic disease or a mental illness such as depression.
Particulièrement, les pathologies concernées par l’utilisation du dispositif selon l’invention sont :Specifically, the pathologies affected by the use of the device according to the invention are:
- le cancer, par exemple pour le développement de médicaments, l’évaluation du grade de la tumeur, le suivi de la tumeur, l’évaluation de traitements thérapeutiques. Le type de cancer ciblé pouvant être le gliome, le cancer du sein, le cancer du foie, le cancer du poumon, ou les sarcomes par exemple, - cancer, for example for the development of drugs, the evaluation of the grade of the tumor, the monitoring of the tumor, the evaluation of therapeutic treatments. The type of cancer targeted, which may be glioma, breast cancer, liver cancer, lung cancer, or sarcomas for example,
- les maladies neurodégénératives, par exemple pour la quantification de neurotransmetteurs dans la maladie de Parkinson, le développement de médicaments dans la maladie d’Alzheimer et la sclérose en plaques, - neurodegenerative diseases, for example for the quantification of neurotransmitters in Parkinson's disease, the development of drugs in Alzheimer's disease and multiple sclerosis,
- les pathologies métaboliques telles que la stéatose hépatique ou le diabète. L’invention a particulièrement pour objet un procédé d’analyse moléculaire d’un échantillon biologique, ledit procédé comprenant : - metabolic pathologies such as hepatic steatosis or diabetes. The invention particularly relates to a method for the molecular analysis of a biological sample, said method comprising:
- l’introduction d’une extrémité distale d’un dispositif implantable selon l’invention dans un échantillon biologique ; - l’administration d’un composé d’intérêt par les moyens d’administration du dispositif implantable ; - the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample; - the administration of a compound of interest by the means of administration of the implantable device;
- la détection des composés administrés ou de ses sous-produits dans l’échantillon biologique par la micro-antenne RMN implantable ; - optionnellement, l’analyse moléculaire et structurelle de l’échantillon biologique par spectroscopie ou imagerie par résonance magnétique par la micro-antenne RMN implantable.- the detection of the administered compounds or their by-products in the biological sample by the implantable NMR micro-antenna; - optionally, molecular and structural analysis of the biological sample by spectroscopy or magnetic resonance imaging using the implantable NMR micro-antenna.
L’invention a également pour objet un procédé d’analyse moléculaire d’un échantillon biologique, ledit procédé comprenant : The invention also relates to a method for the molecular analysis of a biological sample, said method comprising:
- l’introduction d’une extrémité distale d’un dispositif implantable selon l’invention dans un échantillon biologique ; - the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample;
- optionnellement l’administration d’un composé d’intérêt par les moyens d’administration du dispositif implantable ; - optionally the administration of a compound of interest by the means of administration of the implantable device;
- la détection et/ou le suivi d’un ou plusieurs biomarqueurs associés à une maladie, de préférence par spectroscopie par résonance magnétique. L’invention a également pour objet un procédé de diagnostic d’une maladie dans un échantillon biologique d’un sujet, ledit procédé comprenant : - detection and/or monitoring of one or more biomarkers associated with a disease, preferably by magnetic resonance spectroscopy. The invention also relates to a method for diagnosing a disease in a biological sample from a subject, said method comprising:
- l’introduction d’une extrémité distale d’un dispositif implantable selon l’invention dans un échantillon biologique ; et - the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample; and
- la détection et/ou le suivi d’un ou plusieurs biomarqueurs associés à cette maladie, de préférence par spectroscopie par résonance magnétique. - detection and/or monitoring of one or more biomarkers associated with this disease, preferably by magnetic resonance spectroscopy.
De préférence, une comparaison à un spectre de référence est réalisée, le spectre de référence étant de préférence celui d’un échantillon biologique sain. Preferably, a comparison with a reference spectrum is carried out, the reference spectrum preferably being that of a healthy biological sample.
En particulier, la dérégulation d’un ou plusieurs biomarqueurs associés à cette maladie est indicative de l’état malade du sujet. L’invention a également pour objet un procédé d’analyse moléculaire d’un échantillon biologique, ledit procédé comprenant : - l’introduction d’une extrémité distale d’un dispositif implantable selon l’invention dans un échantillon biologique ; In particular, the deregulation of one or more biomarkers associated with this disease is indicative of the diseased state of the subject. The invention also relates to a method for the molecular analysis of a biological sample, said method comprising: - the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample;
- l’administration d’une molécule thérapeutique ou à visée thérapeutique par les moyens d’administration du dispositif implantable ; et - l’évaluation et/ou le suivi de l’effet thérapeutique de ladite molécule par la détection d’un ou plusieurs biomarqueurs associés à une maladie, de préférence par spectroscopie par résonance magnétique. - the administration of a therapeutic molecule or molecule for therapeutic purposes by the means of administration of the implantable device; and - the evaluation and/or monitoring of the therapeutic effect of said molecule by the detection of one or more biomarkers associated with a disease, preferably by magnetic resonance spectroscopy.
L’invention a également pour objet un procédé de traitement thérapeutique d’un sujet malade, ledit procédé comprenant : - l’introduction d’une extrémité distale d’un dispositif implantable selon l’invention dans un échantillon biologique in vivo, en particulier dans un tissu ou organe d’un sujet vivant ; The invention also relates to a method for the therapeutic treatment of a sick subject, said method comprising: - the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample in vivo, in particular into a tissue or organ of a living subject;
- l’administration d’une molécule thérapeutique par les moyens d’administration du dispositif implantable ; et - the administration of a therapeutic molecule by the means of administration of the implantable device; and
- l’évaluation et/ou le suivi de l’effet thérapeutique de ladite molécule par la détection d’un ou plusieurs biomarqueurs associés à une maladie, de préférence par spectroscopie par résonance magnétique. - the evaluation and/or monitoring of the therapeutic effect of said molecule by the detection of one or more biomarkers associated with a disease, preferably by magnetic resonance spectroscopy.
Avantageusement, le suivi est réalisé jusqu’à l’amélioration de l’état de santé du sujet. Par exemple, la disparition du ou des biomarqueurs associés à une maladie dans l’échantillon biologique est indicatrice d’une amélioration de l’état de santé du sujet. Le retour à un niveau d’expression ou de concentration du biomarqueur à un niveau similaire observé dans un échantillon sain est également indicateur d’une amélioration de l’état de santé du sujet. Advantageously, the follow-up is carried out until the subject's state of health improves. For example, the disappearance of the biomarker(s) associated with a disease in the biological sample is an indicator of an improvement in the state of health of the subject. The return to a level of expression or concentration of the biomarker at a similar level observed in a healthy sample is also an indicator of an improvement in the state of health of the subject.
L’invention a également pour objet un procédé de sélection d’une molécule thérapeutique, ledit procédé comprenant : The invention also relates to a method for selecting a therapeutic molecule, said method comprising:
- l’introduction d’une extrémité distale d’un dispositif implantable selon l’invention dans un échantillon biologique ; - the introduction of a distal end of an implantable device according to the invention into a biological sample;
- l’administration d’une molécule thérapeutique ou à visée thérapeutique par les moyens d’administration du dispositif implantable ; et - l’évaluation et/ou le suivi de l’effet thérapeutique de ladite molécule par la détection d’un ou plusieurs biomarqueurs associés à une maladie, de préférence par spectroscopie par résonance magnétique. - the administration of a therapeutic molecule or molecule for therapeutic purposes by the means of administration of the implantable device; and - the evaluation and/or monitoring of the therapeutic effect of said molecule by the detection of one or more biomarkers associated with a disease, preferably by magnetic resonance spectroscopy.
De préférence, l’analyse de l’effet thérapeutique est réalisée par SRM. En particulier, une comparaison à un spectre de référence est réalisée, le spectre de référence étant de préférence celui d’un échantillon biologique sain. Le procédé peut être répété afin d'administrer différentes molécules thérapeutiques, permettant ainsi de sélectionner la ou les molécules thérapeutiques les plus adaptées au traitement du patient. Preferably, the analysis of the therapeutic effect is carried out by SRM. In particular, a comparison with a reference spectrum is carried out, the reference spectrum preferably being that of a healthy biological sample. The process can be repeated in order to administer different therapeutic molecules, thus making it possible to select the therapeutic molecule(s) most suited to the treatment of the patient.
Le procédé peut être réalisé in vitro , in vivo ou ex vivo. De préférence, l’échantillon biologique est un tissu et/ou un organe d’un sujet et la microsonde est insérée à un emplacement anatomique d’intérêt dans un tissu et/ou un organe d’un sujet. L’utilisation d’une telle sonde se rapproche ainsi d’une méthode de biopsie in situ et non destructive sur des tissus vivants. The process can be carried out in vitro, in vivo or ex vivo. Preferably, the biological sample is a tissue and/or an organ of a subject and the microprobe is inserted at an anatomical location of interest in a tissue and/or an organ of a subject. The use of such a probe is thus similar to an in situ and non-destructive biopsy method on living tissue.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre la récupération et l’analyse d’un prélèvement issu de l’échantillon biologique, ledit prélèvement étant réalisé par le dispositif implantable. According to one embodiment, the method further comprises the recovery and analysis of a sample taken from the biological sample, said sample being taken by the implantable device.
La détection des composés administrés ou de ses sous-produits dans l’échantillon biologique par la micro-antenne RMN implantable permet d’évaluer le profil moléculaire et structurel de l’échantillon biologique. Cette détection peut être réalisée à plusieurs reprises au cours du temps pour obtenir les tendances des changements chimiques de l’échantillon biologique. The detection of the administered compounds or its by-products in the biological sample by the implantable NMR micro-antenna makes it possible to evaluate the molecular and structural profile of the biological sample. This detection can be carried out several times over time to obtain trends in the chemical changes of the biological sample.
Selon un mode de réalisation, l’effet d’un composé d’intérêt, administré par les moyens d’administration selon l’invention au sein d’un échantillon biologique, est évalué par des expériences de résonance magnétique réalisées par la micro-antenne RMN, en particulier, par des expériences de spectroscopie par résonance magnétique (SRM) et/ou d’imagerie par résonnance magnétique (IRM). According to one embodiment, the effect of a compound of interest, administered by the administration means according to the invention within a biological sample, is evaluated by magnetic resonance experiments carried out by the micro-antenna NMR, in particular, by magnetic resonance spectroscopy (MRS) and/or magnetic resonance imaging (MRI) experiments.
Selon un mode de réalisation, l’effet d’un composé d’intérêt est évalué par SRM, notamment par l’analyse de spectre RMN. Un spectre RMN comporte des pics ou séries de pics appelés signaux qui correspondent à la résonance des différents protons présents dans un échantillon biologique. En particulier, le spectre RMN indique une grandeur appelée « déplacement chimique » notée d et exprimée en partie par million (ppm), reflétant le décalage entre la fréquence de résonance des protons de l’échantillon biologique et une fréquence de résonance de référence. De préférence, la fréquence de référence (déplacement chimique nul) correspond à la fréquence de résonance des protons de la molécule de tétraméthylsilane (TMS). According to one embodiment, the effect of a compound of interest is evaluated by SRM, in particular by NMR spectrum analysis. An NMR spectrum includes peaks or series of peaks called signals which correspond to the resonance of the different protons present in a biological sample. In particular, the NMR spectrum indicates a quantity called "chemical shift" denoted d and expressed in parts per million (ppm), reflecting the offset between the resonance frequency of the protons of the biological sample and a reference resonance frequency. Preferably, the reference frequency (zero chemical shift) corresponds to the resonance frequency of the protons of the tetramethylsilane (TMS) molecule.
Dans un mode de réalisation, le spectre RMN de l’échantillon biologique est comparé au spectre RMN d’un échantillon de référence. In one embodiment, the NMR spectrum of the biological sample is compared to the NMR spectrum of a reference sample.
Ainsi, l’obtention et/ou l’analyse des spectres RMN peut être réalisée pour comparer deux conditions. Ceci permet par exemple d’évaluer l’effet de l’administration d’un composé d’intérêt par rapport à une condition de référence (absence du composé d’intérêt ou autre composé dont l’effet est connu), d’évaluer l’effet d’un composé d’intérêt au cours du temps ou de détecter la présence d’une maladie. En particulier, la comparaison des profils des spectres RMN, notamment la présence et amplitude des pics des métabolites de l’échantillon et, éventuellement, du composé d’intérêt, témoigne des modifications du métabolisme moléculaire de l’échantillon biologique.Thus, obtaining and/or analyzing NMR spectra can be performed to compare two conditions. This makes it possible, for example, to evaluate the effect of the administration of a compound of interest compared to a reference condition (absence of the compound of interest or other compound whose effect is known), to evaluate the effect of a compound of interest over time or to detect the presence of a disease. In particular, the comparison of the profiles of the NMR spectra, in particular the presence and amplitude of the peaks of the metabolites of the sample and, possibly, of the compound of interest, testifies to the modifications of the molecular metabolism of the biological sample.
La comparaison de spectres peut ainsi être réalisée avant et après administration d’un composé d’intérêt ou entre un échantillon A et un échantillon B . De préférence, l’échantillon A est issu d’un sujet à tester et l’échantillon B est un échantillon de référence, tel qu’un échantillon d’un tissu ou organe sain. The comparison of spectra can thus be carried out before and after administration of a compound of interest or between a sample A and a sample B. Preferably, sample A is from a subject to be tested and sample B is a reference sample, such as a sample from a healthy tissue or organ.
De préférence, l’obtention et/ou l’analyse des spectres RMN est réalisée en temps réel. Preferably, the obtaining and/or the analysis of the NMR spectra is carried out in real time.
En particulier, l’obtention et/ou l’analyse des spectres RMN est réalisée en continu sur une période de temps donnée. In particular, the obtaining and/or the analysis of the NMR spectra is carried out continuously over a given period of time.
Selon un mode de réalisation, l’effet d’un composé d’intérêt est évalué par IRM. La présence d’un composé d’intérêt peut en effet engendrer des modifications fonctionnelles et morphologiques de l’échantillon biologique (nécrose, œdème,...), visibles en IRM. According to one embodiment, the effect of a compound of interest is evaluated by MRI. The presence of a compound of interest can in fact lead to functional and morphological changes in the biological sample (necrosis, oedema, etc.), visible on MRI.
Le dispositif selon l’invention permet ainsi des évaluations précises par SRM et/ou IRM grâce au positionnement de la micro-antenne RMN à proximité immédiate de la zone d’administration du composé d’intérêt. L’évaluation de l’effet du composé d’intérêt peut ainsi s’effectuer en temps réel, sans nécessiter d’analyse sur le dialysat récupéré en sortie des moyens d’administration, notamment tels que la membrane de microdialyse. De manière alternative, les infor ations issues de l’analyse par IRM ou SRM peuvent être comparées ou corrélées à l’analyse du dialysat. En particulier, le dialysat peut également être collecté et analysé à plusieurs reprises pour obtenir les tendances des changements chimiques de l’échantillon biologique. Cette analyse peut être réalisée par des moyens d’analyse biomoléculaire connus de l’homme du métier ou via le capteur décrit ci-dessus. The device according to the invention thus allows precise evaluations by SRM and/or MRI thanks to the positioning of the NMR micro-antenna in the immediate vicinity of the zone of administration of the compound of interest. The evaluation of the effect of the compound of interest can thus be carried out in real time, without requiring analysis on the dialysate recovered at the outlet of the means of administration, in particular such as the microdialysis membrane. Alternatively, the information from the MRI or SRM analysis can be compared or correlated with the dialysate analysis. In particular, the dialysate can also be collected and analyzed repeatedly to obtain trends of chemical changes in the biological sample. This analysis can be carried out by means of biomolecular analysis known to those skilled in the art or via the sensor described above.
Dans ce contexte, il est ainsi possible d’analyser le profil moléculaire et structurel de l’échantillon biologique au cours du temps ou sur une période de temps donnée non seulement grâce aux moyens de détection du dispositif selon l’invention, mais également grâce à l’analyse du dialysat. Ceci permet de renforcer l’acuité des données expérimentales mesurées. In this context, it is thus possible to analyze the molecular and structural profile of the biological sample over time or over a given period of time not only thanks to the detection means of the device according to the invention, but also thanks to dialysate analysis. This makes it possible to reinforce the acuity of the experimental data measured.
Selon un mode de réalisation, lorsque le dispositif comprend une sonde de microdialyse permettant à la fois l’administration d’un composé d’intérêt par un canal d’entrée, et le prélèvement d’un fluide par un canal de sortie tel que détaillé ci-dessus, l’invention peut également concerner un procédé d’identification ou d’échantillonnage de molécules dans un échantillon biologique consiste à insérer l’extrémité distale du dispositif selon l’invention, dans l’échantillon puis à faire s’écouler une solution depuis un canal d’entrée de la sonde de microdialyse à travers la membrane de microdialyse et un retour d’un fluide par un canal de sortie, permettant sa collecte au niveau d’un orifice de sortie. Une ou plusieurs fractions du fluide sont collectées au fur et à mesure qu’il émerge de l’orifice de sortie, en particulier sur une période et à une fréquence d’intérêt. Une fraction collectée peut ensuite être analysée pour la présence de la molécule ou pour la recherche d’ autres composés, en parallèle de la détection par IRM ou SRM. According to one embodiment, when the device comprises a microdialysis probe allowing both the administration of a compound of interest via an inlet channel, and the sampling of a fluid via an outlet channel as detailed above, the invention may also relate to a method for identifying or sampling molecules in a biological sample, which consists of inserting the distal end of the device according to the invention into the sample and then causing a solution from an inlet channel of the microdialysis probe through the microdialysis membrane and a return of a fluid through an outlet channel, allowing its collection at an outlet orifice. One or more fractions of the fluid are collected as it emerges from the exit orifice, in particular over a period and at a frequency of interest. A collected fraction can then be analyzed for the presence of the molecule or for the search for other compounds, in parallel with detection by MRI or SRM.
Les informations issues de l’analyse par IRM ou SRM peuvent être comparées ou corrélées à une analyse antérieure et/ou ultérieure du tissu ou organe dans lequel le dispositif selon l’invention est implanté par tout moyen connu de l’homme du métier. En particulier, tout ou partie du tissu ou organe peut être collecté et analysé. De préférence, seul un fragment de tissu ou d’organe est prélevé. Le prélèvement peut être réalisé par des moyens connus de l’homme du métier, notamment par biopsie. L’analyse du prélèvement peut être réalisée par toute technique de microscopie et de biologie moléculaire connue de l’homme du métier. The information from the MRI or SRM analysis can be compared or correlated with an earlier and/or later analysis of the tissue or organ in which the device according to the invention is implanted by any means known to those skilled in the art. In particular, all or part of the tissue or organ can be collected and analyzed. Preferably, only a fragment of tissue or organ is removed. The sample can be taken by means known to those skilled in the art, in particular by biopsy. The analysis of the sample can be carried out by any technique of microscopy and molecular biology known to those skilled in the art.
Dans ce contexte, il est ainsi possible d’analyser le profil moléculaire et structurel de l’échantillon biologique au cours du temps ou sur une période de temps donnée non seulement grâce aux moyens de détection du dispositif selon l’invention, mais également grâce à l’analyse du prélèvement de tissus, d’organe ou d’un fragment de ceux-ci. Cette analyse peut également être combinée à l’analyse du dialysat mentionnée ci-dessus. In this context, it is thus possible to analyze the molecular and structural profile of the biological sample over time or over a given period of time not only thanks to the detection means of the device according to the invention, but also thanks to the analysis of the sample tissue, organ or fragment thereof. This analysis can also be combined with the dialysate analysis mentioned above.
L’analyse par IRM ou SRM de l’échantillon permet la détection avec précision de la survenue d’un évènement biologique, comme par exemple la production ou sécrétion d’un composé ou substance d’intérêt. Dans ce contexte, le procédé selon l’invention peut comprendre la collecte du dialysat au moment de la survenue d’un tel événement, notamment pour la production cellulaire de molécules d’intérêt. The MRI or SRM analysis of the sample allows the precise detection of the occurrence of a biological event, such as the production or secretion of a compound or substance of interest. In this context, the method according to the invention may comprise the collection of the dialysate at the time of the occurrence of such an event, in particular for the cellular production of molecules of interest.
Dans un mode de réalisation, l’insertion de la microsonde dans un échantillon biologique et l’analyse métabolique de cet échantillon sont réalisées in vivo ou ex vivo, de préférence sur un échantillon préalablement prélevé sur le sujet. L’analyse peut également être réalisée in vitro , notamment sur des cultures cellulaires ou des organoïdes. In one embodiment, the insertion of the microprobe into a biological sample and the metabolic analysis of this sample are carried out in vivo or ex vivo, preferably on a sample previously taken from the subject. The analysis can also be carried out in vitro, in particular on cell cultures or organoids.
Alternativement, l’insertion de la microsonde dans un échantillon biologique et l’analyse métabolique de cet échantillon sont réalisées in vivo, c’est-à-dire dans l’organe ou le tissu d’un sujet vivant. Particulièrement, la microsonde selon l’invention a un volume de détection de l’échantillon biologique compris entre 0,1 et 1 microlitre, particulièrement entre 100 et 400 nanolitres, entre 100 et 300 nanolitres ou entre 100 et 200 nanolitres, de préférence entre 150 et 300 nanolitres, entre 150 et 250 nanolitres, entre 150 et 200 nanolitres ou entre 200 et 250 nanolitres. Préférentiellement, la microsonde a un volume de détection de l’échantillon biologique d’environ 200 nanolitres. Par « volume de détection » on entend le volume de la région de l’échantillon biologique dans laquelle la microsonde a la capacité de recueillir et de transmettre le signal RMN. Alternatively, the insertion of the microprobe into a biological sample and the metabolic analysis of this sample are carried out in vivo, i.e. in the organ or tissue of a living subject. In particular, the microprobe according to the invention has a detection volume of the biological sample of between 0.1 and 1 microliter, particularly between 100 and 400 nanoliters, between 100 and 300 nanoliters or between 100 and 200 nanoliters, preferably between 150 and 300 nanoliters, between 150 and 250 nanoliters, between 150 and 200 nanoliters or between 200 and 250 nanoliters. Preferably, the microprobe has a biological sample detection volume of about 200 nanoliters. By “detection volume” is meant the volume of the region of the biological sample in which the microprobe has the capacity to collect and transmit the NMR signal.
Par exemple, la sensibilité de la microsonde selon l’invention a été évaluée in vitro sur des solutions de lactate ainsi qu’en situation d’implantation in vivo chez l’animal et in situ dans des grains de raisins. Des seuils de détection de 1 mM sur le lactate ont été obtenus avec des temps d’acquisition de l’ordre de la seconde. Ces seuils de détection sont compatibles avec les concentrations de nombreux métabolites et molécules d’intérêt présents in vivo (ex. : NAA, choline, lactate, créatine, glutamate, etc.). FIGURES For example, the sensitivity of the microprobe according to the invention was evaluated in vitro on lactate solutions as well as in an implantation situation in vivo in animals and in situ in grapes. Detection thresholds of 1 mM on lactate were obtained with acquisition times of the order of a second. These detection thresholds are compatible with the concentrations of numerous metabolites and molecules of interest present in vivo (eg: NAA, choline, lactate, creatine, glutamate, etc.). FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Celles-ci sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.The invention will be better understood on reading the following description and on examining the accompanying figures. These are presented for information only and in no way limit the invention.
La Figure 1 représente un dispositif implantable d’imagerie ou de spectroscopie par résonance magnétique, selon un premier exemple de réalisation ; FIG. 1 represents an implantable magnetic resonance imaging or spectroscopy device, according to a first embodiment;
La Figure 2 est un agrandissement vu de face (A) et vu de profil (B) de l’extrémité implantable du dispositif selon la figure 1 ; Figure 2 is an enlargement seen from the front (A) and seen from the side (B) of the implantable end of the device according to Figure 1;
La Figure 3 montre schématiquement les échanges moléculaires entre le dispositif implantable selon la Figure 1 et la zone d’implantation dudit dispositif ; La Figure 4 représente un dispositif implantable d’imagerie ou de spectroscopie par résonance magnétique, selon un second exemple de réalisation ; Figure 3 schematically shows the molecular exchanges between the implantable device according to Figure 1 and the implantation zone of said device; FIG. 4 represents an implantable magnetic resonance imaging or spectroscopy device, according to a second embodiment;
Figure 5 est un agrandissement vu de face de l’extrémité implantable du dispositif selon la figure 4. Figure 5 is an enlargement seen from the front of the implantable end of the device according to Figure 4.
La Figure 6 représente l’utilisation d’un dispositif implantable selon l’invention pour la perfusion de gadolinium (Gd) Figure 6 represents the use of an implantable device according to the invention for the infusion of gadolinium (Gd)
La Figure 7 représente l’utilisation d’un dispositif implantable selon l’invention pour la perfusion de DMSO. Abréviations : Cr : Créatine, Cho : Choline, DMSO : Diméthylsulfoxyde, Glu : Glutamate, Gin : Glutamine, Lac : Lactate, MM : Macromolécules, NAA : N-acétylaspartate, Tau : Taurine La Figure 8 représente les spectres 'H acquis par le dispositif implantable selon l’invention chez un rat sain et chez un rat porteur d’une tumeur cérébrale (séquence PRESS, TR/TE = 2000/15.266 ms, taille du voxel = 2 x 2 x 4 mm3, 256 accumulations, temps d’acquisition : 8 min 32 s). Abréviations : Cr : Créatine, Cho : Choline, Glu : Glutamate, Gin : Glutamine, Lac : Lactate, ml : myo-Inositol, NAA : N-acétylaspartate, Tau : Taurine. Les figures 1 à 3 illustrent un premier mode de réalisation d’un dispositif d’imagerie ou de spectroscopie par résonance magnétique selon l’invention. Figure 7 represents the use of an implantable device according to the invention for the infusion of DMSO. Abbreviations: Cr: Creatine, Cho: Choline, DMSO: Dimethylsulfoxide, Glu: Glutamate, Gin: Glutamine, Lac: Lactate, MM: Macromolecules, NAA: N-acetylaspartate, Tau: Taurine Figure 8 represents the 'H spectra acquired by the implantable device according to the invention in a healthy rat and in a rat bearing a brain tumor (PRESS sequence, TR/TE = 2000/15.266 ms, voxel size = 2 x 2 x 4 mm3, 256 accumulations, acquisition: 8 min 32 s). Abbreviations: Cr: Creatine, Cho: Choline, Glu: Glutamate, Gin: Glutamine, Lac: Lactate, ml: myo-Inositol, NAA: N-acetylaspartate, Tau: Taurine. Figures 1 to 3 illustrate a first embodiment of a magnetic resonance imaging or spectroscopy device according to the invention.
Dans ce mode de réalisation d’un dispositif 1 selon l’invention, les moyens de détection 2 et les moyens d’administration 3 s’étendent parallèlement l’un à l’autre selon un axe longitudinal X, partiellement à l’intérieur d’un manchon 4. Une extrémité distale implantable 5 dudit dispositif 1 comprend une extrémité distale 6 des moyens de détection (circuit de résonance magnétique) et une extrémité distale 7 des moyens d’administration (figure 2). Les moyens d’administration consistent en une sonde de microdialyse comprenant un canal d’entrée 8, un canal de sortie 9, s’étendant dans le manchon 4, et une membrane de microdialyse 10, s’étendant hors du manchon 4. Dans ce mode de réalisation, l’extrémité distale 6 du circuit de résonance magnétique a une forme générale en U, entourant la membrane de microdialyse 10 de la sonde de microdialyse.In this embodiment of a device 1 according to the invention, the detection means 2 and the administration means 3 extend parallel to each other along a longitudinal axis X, partially inside a sleeve 4. An implantable distal end 5 of said device 1 comprises a distal end 6 of the detection means (magnetic resonance circuit) and a distal end 7 of the administration means (FIG. 2). The administration means consist of a microdialysis probe comprising an inlet channel 8, an outlet channel 9, extending into the sleeve 4, and a microdialysis membrane 10, extending out of the sleeve 4. In this embodiment, the distal end 6 of the magnetic resonance circuit has a general U-shape, surrounding the microdialysis membrane 10 of the microdialysis probe.
La figure 3 illustre de manière schématique les échanges moléculaires entre la membrane de microdialyse 10 et le site d’implantation, tel qu’un échantillon biologique. Un perfusât est amené par le canal d’entrée 8 et diffuse dans l’échantillon biologique au niveau de la membrane de microdialyse 10, tandis qu’un dialysat remonte par le canal de sortie 9, en direction d’une extrémité proximale du dispositif, pour pouvoir être éventuellement récolté et analysé. L’extrémité implantable 6 de la micro-antenne RMN permet la détection en continue et en simultanée des composés administrés ou de ses sous-produits dans l’échantillon biologique. FIG. 3 schematically illustrates the molecular exchanges between the microdialysis membrane 10 and the implantation site, such as a biological sample. A perfusate is brought through the inlet channel 8 and diffuses into the biological sample at the level of the microdialysis membrane 10, while a dialysate rises through the outlet channel 9, towards a proximal end of the device, so that it can be collected and analyzed. The implantable end 6 of the NMR micro-antenna allows the continuous and simultaneous detection of the administered compounds or their by-products in the biological sample.
Les figures 4 et 5 illustrent un second mode de réalisation d’un dispositif 100 d’imagerie ou de spectroscopie par résonance magnétique selon l’invention. FIGS. 4 and 5 illustrate a second embodiment of a device 100 for magnetic resonance imaging or spectroscopy according to the invention.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif 100 comprend des moyens de détection 101 et des moyens d’administration 102, qui s’étendent parallèlement l’un à l’autre selon un axe longitudinal X, partiellement à l’intérieur d’un manchon 103. Une extrémité distale implantable 104 dudit dispositif 100 comprend une extrémité distale 105 des moyens de détection (circuit de résonance magnétique) et une extrémité distale 106 des moyens d’administration. La figure 5 montre plus en détail l’extrémité distale implantable 104. Les moyens d’administration 102 consistent en une sonde de microdialyse comprenant un canal d’entrée 107, un canal de sortie 108, s’étendant dans le manchon 103, et une membrane de microdialyse 109, s’étendant hors du manchon 4. Dans ce mode de réalisation, l’extrémité distale 105 du circuit de résonance magnétique comprend un fil métallique 110, tel qu’un fil de cuivre, en torsade, entourant la membrane de microdialyse 109 de la sonde de microdialyse. Des échanges moléculaires similaires à ceux décrits à la figure 3 pour le premier mode de réalisation, peuvent avoir lieu au niveau de l’extrémité implantable 104 du dispositif 100. La figure 6 montre la perfusion efficace du dispositif implantable selon l’invention, pour l’administration d’un composé d’intérêt et pour sa détection en IRM par la micro-antenne du dispositif. Une solution de liquide céphalo-rachidien (LCR) artificiel et de gadolinium (0.5 mM), un agent de contraste couramment utilisé en IRM, a été perfusée à un débit de 0.2 pL/min, par la membrane de microdialyse du dispositif, préalablement implanté dans le cortex droit du rat sain.In this embodiment, the device 100 comprises detection means 101 and administration means 102, which extend parallel to each other along a longitudinal axis X, partially inside a sleeve 103. An implantable distal end 104 of said device 100 comprises a distal end 105 of the detection means (magnetic resonance circuit) and a distal end 106 of the administration means. Figure 5 shows the implantable distal end 104 in more detail. The administration means 102 consist of a microdialysis probe comprising an inlet channel 107, an outlet channel 108, extending into the sleeve 103, and microdialysis membrane 109, extending out of the sleeve 4. In this embodiment, the distal end 105 of the magnetic resonance circuit comprises a metallic wire 110, such as a copper wire, twisted around the membrane of microdialysis 109 of the microdialysis probe. Molecular exchanges similar to those described in FIG. 3 for the first embodiment, can take place at the level of the implantable end 104 of the device 100. FIG. 6 shows the effective perfusion of the implantable device according to the invention, for the administration of a compound of interest and for its detection in MRI by the micro-antenna of the device. A solution of artificial cerebrospinal fluid (CSF) and gadolinium (0.5 mM), a contrast agent commonly used in MRI, was infused at a rate of 0.2 pL/min, through the microdialysis membrane of the device, previously implanted in the right cortex of healthy rats.
Durant la perfusion, des images IRM pondérées en Tl ont été acquises avec la micro-antenne RMN du dispositif selon l’invention (volume de détection = 850 nL) en utilisant une séquence FLASH (Fast Low Angle Shoot) toutes les 45 minutes avec les paramètres suivants : temps de répétition (TR) = 200 ms, temps d’écho (TE) = 3.9 ms, angle de basculement = 10°, matrice de l’image = 256 x 256, résolution spatiale = 0.039 x 0.039 mm2. During the infusion, Tl-weighted MRI images were acquired with the NMR micro-antenna of the device according to the invention (detection volume=850 nL) using a FLASH (Fast Low Angle Shoot) sequence every 45 minutes with the following parameters: repetition time (TR)=200 ms, echo time (TE)=3.9 ms, tilt angle=10°, image matrix=256×256, spatial resolution=0.039×0.039 mm 2 .
Au fil du temps, l’augmentation de l’intensité du signal (hypersignal), générée par l’effet Tl prédominant du gadolinium, est facilement visualisable sur les images pondérées en Tl et acquises par la micro-antenne RMN. Over time, the increase in signal intensity (hypersignal), generated by the predominant Tl effect of gadolinium, is easily visualized on the Tl-weighted images acquired by the NMR micro-antenna.
Le gadolinium est défini comme étant un agent de contraste à effet Tl prédominant (ou comme un agent de contraste dit « positif ») car, en diminuant le temps de relaxation Tl des tissus avec lesquels il est en contact, il conduit à une augmentation de l’intensité du signal. En effet, sur les séquences pondérées en Tl, les tissus à Tl court apparaissent en hypersignal. Gadolinium is defined as being a contrast agent with a predominant Tl effect (or as a so-called "positive" contrast agent) because, by reducing the relaxation time Tl of the tissues with which it is in contact, it leads to an increase in signal strength. Indeed, on Tl-weighted sequences, tissues with short Tl appear in hypersignal.
La Figure 7 montre la perfusion efficace de composé d’intérêt par le dispositif implantable selon l’invention, en particulier par une membrane de microdialyse et sa détection par la micro-antenne par SRM des différentes fréquences de résonance des protons du composé d’intérêt et des métabolites cérébraux. Une solution de liquide céphalo-rachidien (LCR) artificiel et de diméthylsulfoxyde (DMSO - C2H60S) (30 mM), a été perfusée à un débit de 1 pL/min, par la membrane de microdialyse du dispositif, préalablement implanté dans le cortex droit d’un rat.Figure 7 shows the effective infusion of compound of interest by the implantable device according to the invention, in particular by a microdialysis membrane and its detection by the micro-antenna by MRS of the different resonance frequencies of the protons of the compound of interest and brain metabolites. A solution of artificial cerebrospinal fluid (CSF) and dimethylsulfoxide (DMSO - C2H60S) (30 mM) was infused at a flow rate of 1 pL/min, through the microdialysis membrane of the device, previously implanted in the right cortex of a rat.
Une succession de spectres RMN a été acquise par la micro-antenne RMN et en utilisant une séquence de spectroscopie localisée mono-voxel appelée séquence PRESS (Point-RESolved Spectroscopy) avec les paramètres suivants : TR = 2000 ms, TE = 15 ms, 256 moyennages, temps d'acquisition total = 8 min 32 s). A succession of NMR spectra was acquired by the NMR micro-antenna and using a single-voxel localized spectroscopy sequence called PRESS sequence (Point-RESolved Spectroscopy) with the following parameters: TR = 2000 ms, TE = 15 ms, 256 averages, total acquisition time = 8 min 32 s).
Au cours de la perfusion, l’augmentation de l’amplitude, et donc de la concentration, du pic de résonance du DMSO, à 2,55 ppm, est facilement observable et quantifiable. Les principaux métabolites cérébraux (Cr, NAA, Cho, Tau, Glu, Gin, Lac) sont également identifiables. Ce résultat montre la diffusion effective d’un composé d’intérêt (DMSO) par le dispositif implantable selon l’invention et la possibilité de suivi de la concentration de ce composé dans le temps. During the infusion, the increase in the amplitude, and therefore the concentration, of the DMSO resonance peak, at 2.55 ppm, is easily observable and quantifiable. The main cerebral metabolites (Cr, NAA, Cho, Tau, Glu, Gin, Lac) are also identifiable. This result shows the effective diffusion of a compound of interest (DMSO) by the implantable device according to the invention and the possibility of monitoring the concentration of this compound over time.
La Figure 8 montre les spectres acquis par le dispositif implantable selon l’invention, chez un rat sain et un rat porteur d’une tumeur cérébrale. Les deux spectres présentés à la Figure 8 ont été obtenus avec une séquence de spectroscopie dite PRESS, Temps de répétition =2000 ms, temps d’écho = 15.3 ms, taille du voxel = 2 x 2 x 4 mm3, 256 accumulations, temps d’acquisition total : 8 min 32 s. Figure 8 shows the spectra acquired by the implantable device according to the invention, in a healthy rat and a rat with a brain tumor. The two spectra presented in Figure 8 were obtained with a so-called PRESS spectroscopy sequence, repetition time = 2000 ms, echo time = 15.3 ms, voxel size = 2 x 2 x 4 mm3, 256 accumulations, d acquisition: 8 min 32 s.
Pour le spectre acquis par la micro-antenne RMN, chez le rat sain, le dispositif a été implanté dans le cortex droit du rat. For the spectrum acquired by the NMR micro-antenna, in the healthy rat, the device was implanted in the right cortex of the rat.
Pour le spectre acquis par le micro-antenne RMN, chez le rat porteur d’une tumeur cérébrale, le dispositif a été implanté dans la tumeur. Avant la pose, par chirurgie stéréotaxique, de la canule permettant l’introduction du dispositif dans la région d’intérêt (ici, la tumeur cérébrale), des images anatomiques IRM du cerveau du rat ont été effectuées afin de déterminer précisément l’emplacement de cette dernière et donc le futur positionnement du dispositif. For the spectrum acquired by the NMR micro-antenna, in rats bearing a brain tumour, the device was implanted in the tumour. Before placement, by stereotactic surgery, of the cannula allowing the introduction of the device into the region of interest (here, the brain tumor), MRI anatomical images of the brain of the rat were taken in order to precisely determine the location of the the latter and therefore the future positioning of the device.
En présence d’une tumeur cérébrale on observe une diminution significative de la concentration de NAA et une augmentation significative de la concentration de la choline (Cho) et du complexe Lipides/Lactate par rapport au tissu sain. Ces trois molécules sont des biomarqueurs du glioblastome. Ces résultats montrent la capacité du dispositif à différencier un tissu sain d’un tissu pathologique, notamment sur des échantillons biologiques de faible volume. De plus, il est possible de suivre ces biomarqueurs dans le temps. Lors de l’administration d’une molécule thérapeutique on peut ainsi évaluer l’effet thérapeutique de la molécule en fonction de l’évolution de ces biomarqueurs dans le temps. La haute sensibilité de détection, obtenue par le dispositif, permet également d’évaluer le grade et la malignité de la tumeur. L’acquisition de données SRM et IRM au cours du temps permettent de suivre l’évolution de la tumeur. In the presence of a brain tumor, a significant decrease in the concentration of NAA and a significant increase in the concentration of choline (Cho) and the Lipid/Lactate complex are observed compared to healthy tissue. These three molecules are biomarkers of glioblastoma. These results show the ability of the device to differentiate healthy tissue from pathological tissue, especially on low-volume biological samples. In addition, it is possible to follow these biomarkers over time. During the administration of a therapeutic molecule, it is thus possible to evaluate the therapeutic effect of the molecule according to the evolution of these biomarkers over time. The high detection sensitivity obtained by the device also makes it possible to assess the grade and malignancy of the tumour. The acquisition of MRS and MRI data over time makes it possible to follow the evolution of the tumor.
Le dispositif selon l’invention est implanté dans une tumeur cérébrale d’un rat et une drogue antitumorale est administrée au sein de la tumeur. Un échange de molécules a lieu, par diffusion passive, entre deux milieux liquidiens : le milieu extracellulaire tumoral et le milieu de perfusion contenant la drogue antitumorale. Des analyses SRM et/ou IRM à haute sensibilité de détection des effets de la drogue antitumorale sont réalisées en temps réel. Le volume de détection, estimé par les images IRM, est de 850 nL. The device according to the invention is implanted in a cerebral tumor of a rat and an antitumor drug is administered within the tumor. An exchange of molecules takes place, by passive diffusion, between two liquid media: the extracellular tumor medium and the perfusion medium containing the antitumor drug. MRS and/or MRI analyzes with high detection sensitivity antitumor drug effects are realized in real time. The detection volume, estimated by the MRI images, is 850 nL.
En particulier, une molécule comme l’oxamate peut être administré localement au sein de la tumeur par le dispositif implantable selon l’invention. Une image IRM est obtenue pour vérifier l’implantation du dispositif et l’efficacité d’administration de l’oxamate. Des analyses SRM sont réalisées pour déterminer les effets de l’oxamate sur le spectre tumoral. L’oxamate inhibe le processus de conversion, par l’enzyme LDH-A, du pyruvate en lactate. Ceci conduit à la diminution de la concentration de lactate et à la modification de pics de résonance des principaux métabolites (par exemple créatine et choline) dans le spectre tumoral. Une diminution de ces biomarqueurs indique un effet thérapeutique de l’oxamate et éventuellement une amélioration de l’état de santé du sujet. In particular, a molecule such as oxamate can be administered locally within the tumor by the implantable device according to the invention. An MRI image is obtained to verify device implantation and oxamate delivery efficiency. SRM analyzes are performed to determine the effects of oxamate on the tumor spectrum. Oxamate inhibits the process of conversion, by the enzyme LDH-A, of pyruvate into lactate. This leads to a decrease in the concentration of lactate and to the modification of resonance peaks of the main metabolites (eg creatine and choline) in the tumor spectrum. A decrease in these biomarkers indicates a therapeutic effect of oxamate and possibly an improvement in the subject's state of health.
Ainsi, le dispositif selon l’invention peut s’utiliser pour le développement et l’évaluation de l’efficacité de composés thérapeutiques, tels que des composés thérapeutiques candidats. Thus, the device according to the invention can be used for the development and evaluation of the efficacy of therapeutic compounds, such as candidate therapeutic compounds.
De plus, grâce à un profilage de plus en plus précis de la tumeur (caractéristiques morphologiques/fonctionnelles et profil moléculaire obtenus par IRM-SRM avec le dispositif), la mise en œuvre d’une thérapie personnalisée/d’une médecine de précision pourra être facilitée.Moreover, thanks to an increasingly precise profiling of the tumor (morphological/functional characteristics and molecular profile obtained by MRI-SRM with the device), the implementation of personalized therapy/precision medicine may be facilitated.
Les inventeurs ont également réalisé deux autres études dont l’objectif principal a été d’évaluer et de mettre en évidence le potentiel des micro-antennes RMN implantables dans l’acquisition de spectres RMN et d’images IRM sur des régions d’intérêt de faible volume (inférieur au microlitre) tels que ceux concernés par le dispositif selon l’invention, chez le rat sain et chez le rat porteur d’une tumeur cérébrale. The inventors also carried out two other studies, the main objective of which was to evaluate and highlight the potential of implantable NMR micro-antennas in the acquisition of NMR spectra and MRI images on regions of interest of low volume (less than one microlitre) such as those concerned by the device according to the invention, in healthy rats and in rats bearing a cerebral tumour.
Une première étude concerne la conception et la mise en œuvre d’une micro-antenne RMN implantable, d’un volume de détection de 850 nL, chez le rat sain. Des expériences RMN, à un champ magnétique de 7 T, ont été effectuées in vitro et in vivo sur des cerveaux de rats sains. Les résultats obtenus avec la micro-antenne RMN implantable ont été comparés à ceux obtenus avec une antenne RMN conventionnelle externe et ont montré un gain en sensibilité supérieur à 50 par rapport à la détection proposée par l’antenne externe. Des spectres RMN ont été acquis avec la micro-antenne RMN implantée dans le cortex droit du rat sain. Les concentrations des principaux métabolites cérébraux (Cho, Gin, Glu, Cr, ml, Tau, NAA, Lac) ont été quantifiées et comparées aux valeurs de référence disponibles dans la littérature. Les résultats obtenus montrent une similitude significative par rapport aux valeurs de référence et témoignent ainsi de l’efficacité et du caractère peu invasif de la micro-antenne RMN. A first study concerns the design and implementation of an implantable NMR micro-antenna, with a detection volume of 850 nL, in healthy rats. NMR experiments, at a magnetic field of 7 T, were carried out in vitro and in vivo on the brains of healthy rats. The results obtained with the implantable NMR micro-antenna were compared with those obtained with a conventional external NMR antenna and showed a gain in sensitivity greater than 50 compared to the detection offered by the external antenna. NMR spectra were acquired with the NMR micro-antenna implanted in the right cortex of the healthy rat. Concentrations of major brain metabolites (Cho, Gin, Glu, Cr, ml, Tau, NAA, Lac) were quantified and compared reference values available in the literature. The results obtained show a significant similarity with respect to the reference values and thus testify to the efficiency and the minimally invasive character of the NMR micro-antenna.
Une seconde étude a porté sur l’utilisation d’une micro-antenne RMN implantable, d’un volume de détection de 450 nL, pour l’étude du métabolisme tumoral. Une étude comparative des résultats spectroscopiques obtenus par la micro-antenne RMN implantée dans le cortex droit du rat sain d’une part et dans la tumeur cérébrale d’ autre part pour le rat pathologique, a été menée, à un champ magnétique de 7T. Une diminution de la concentration de NAA et une augmentation de l’amplitude du pic de résonance du complexe Lipides/Lactate ont été observées. Le gain de sensibilité obtenu par l’utilisation de micro-antennes RMN implantables permet la détection des variations métaboliques caractéristiques du métabolisme tumoral sur des faibles volumes équivalents à ceux concernés dans le dispositif selon l’invention. A second study focused on the use of an implantable NMR micro-antenna, with a detection volume of 450 nL, for the study of tumor metabolism. A comparative study of the spectroscopic results obtained by the NMR micro-antenna implanted in the right cortex of the healthy rat on the one hand and in the brain tumor on the other hand for the pathological rat, was carried out, at a magnetic field of 7T. A decrease in the concentration of NAA and an increase in the amplitude of the resonance peak of the Lipid/Lactate complex were observed. The gain in sensitivity obtained by the use of implantable NMR micro-antennas allows the detection of metabolic variations characteristic of tumor metabolism on small volumes equivalent to those concerned in the device according to the invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif implantable d’imagerie ou de spectroscopie par résonance magnétique (1, 100) comprenant : 1. Implantable magnetic resonance imaging or spectroscopy device (1, 100) comprising:
- des moyens d’administration (3, 102) d’un composé d’intérêt, et - des moyens de détection (2, 101) comprenant une micro-antenne RMN implantable ; dans lequel les moyens d’administration et la micro-antenne RMN implantable sont adjacents et s’étendent parallèlement selon un axe longitudinal (X) du dispositif implantable, une extrémité distale desdits moyens d’administration (7, 106) et desdits moyens de détection (6, 105) formant une extrémité implantable (5, 104) dudit dispositif. - means (3, 102) for administering a compound of interest, and - detection means (2, 101) comprising an implantable NMR micro-antenna; wherein the delivery means and the implantable NMR micro-antenna are adjacent and extend parallel along a longitudinal axis (X) of the implantable device, a distal end of said delivery means (7, 106) and said detection means (6, 105) forming an implantable end (5, 104) of said device.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les moyens d’administration sont choisis dans le groupe constitué par une aiguille, une seringue, une canule et une sonde de microdialyse, préférentiellement une sonde de microdialyse. 2. Device according to claim 1, in which the administration means are chosen from the group consisting of a needle, a syringe, a cannula and a microdialysis probe, preferably a microdialysis probe.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la micro-antenne RMN comprend au moins un circuit de résonance magnétique, et dans lequel l’extrémité distale du circuit de résonance magnétique a préférentiellement une forme générale en boucle, en U, en torsade ou une forme hélicoïdale. 3. Device according to claim 1 or 2, in which the NMR micro-antenna comprises at least one magnetic resonance circuit, and in which the distal end of the magnetic resonance circuit preferably has the general shape of a loop, U, twist or a helical shape.
4. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens d’administration comprennent ou consistent en une sonde de microdialyse, une membrane de microdialyse (10, 109) de ladite sonde de microdialyse formant l’extrémité distale des moyens d’administration, l’extrémité distale de la micro-antenne RMN entourant préférentiellement au moins partiellement la membrane de microdialyse de la sonde de microdialyse. 4. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the administration means comprise or consist of a microdialysis probe, a microdialysis membrane (10, 109) of said microdialysis probe forming the distal end of the means administration, the distal end of the NMR micro-antenna preferentially at least partially surrounding the microdialysis membrane of the microdialysis probe.
5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant en outre un manchon externe (4, 103) dans lequel s’étendent au moins partiellement les moyens d’administration et les moyens de détection. 5. Device according to one of claims 1 to 4, further comprising an outer sleeve (4, 103) in which extend at least partially the administration means and the detection means.
6. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel un diamètre externe de l’extrémité distale implantable du dispositif est inférieur ou égal à 2 millimètres +/- 10%, de préférence inférieur ou égal à 1,5 millimètres +/- 10%, préférentiellement compris entre 0,5 et 1,5 millimètres +/- 10%, ou dans lequel un diamètre externe de l’extrémité implantable du dispositif est inférieur ou égal à 500 micromètres +/- 10%, préférentiellement compris entre 50 et 500 micromètres +/- 10%. 6. Device according to one of the preceding claims, in which an external diameter of the implantable distal end of the device is less than or equal to 2 millimeters +/- 10%, preferably less than or equal to 1.5 millimeters +/- 10%, preferably between 0.5 and 1.5 millimeters +/- 10%, or in which an external diameter of the implantable end of the device is less than or equal to 500 micrometers +/- 10%, preferably between 50 and 500 micrometers +/- 10%.
7. Kit comprenant le dispositif implantable d’imagerie ou de spectroscopie selon l’une quelconque des revendications 1-6, un circuit d'accord-adaptation apte à être disposé à distance du circuit de résonance magnétique de la micro-antenne RMN et optionnellement un composé d’intérêt destiné à être administré. 7. Kit comprising the implantable imaging or spectroscopy device according to any one of claims 1-6, a matching-matching circuit capable of being placed at a distance from the magnetic resonance circuit of the NMR micro-antenna and optionally a compound of interest intended to be administered.
8. Utilisation ex vivo ou in vitro d’un dispositif implantable selon l’une des revendications 1-6 ou du kit selon la revendication 7, pour mesurer la biodistribution d’un composé d’intérêt dans un échantillon biologique et/ou pour évaluer l’effet d’un composé d’intérêt sur un échantillon biologique, en particulier sur le métabolisme cellulaire de l’échantillon biologique. 8. Ex vivo or in vitro use of an implantable device according to one of claims 1-6 or of the kit according to claim 7, to measure the biodistribution of a compound of interest in a biological sample and/or to evaluate the effect of a compound of interest on a biological sample, in particular on the cellular metabolism of the biological sample.
9. Procédé d’analyse moléculaire in vitro ou ex vivo dans un échantillon biologique, ledit procédé comprenant : 9. Process for in vitro or ex vivo molecular analysis in a biological sample, said process comprising:
- l’introduction d’une extrémité distale d’un dispositif implantable selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 dans un échantillon biologique ; - l’administration d’un composé d’intérêt par les moyens d’administration du dispositif implantable ; - the introduction of a distal end of an implantable device according to any one of claims 1 to 6 into a biological sample; - the administration of a compound of interest by the means of administration of the implantable device;
- la détection des composés administrés ou de ses sous-produits dans l’échantillon biologique par la micro-antenne RMN implantable ; - the detection of the administered compounds or their by-products in the biological sample by the implantable NMR micro-antenna;
- optionnellement l’analyse moléculaire et structurelle de l’échantillon biologique par spectroscopie ou imagerie par résonance magnétique par la micro-antenne RMN implantable ;- optionally molecular and structural analysis of the biological sample by spectroscopy or magnetic resonance imaging by the implantable NMR micro-antenna;
- optionnellement la récupération et l’analyse d’un prélèvement issu de l’échantillon biologique, ledit prélèvement étant réalisé par le dispositif implantable. - optionally the recovery and analysis of a sample taken from the biological sample, said sample being taken by the implantable device.
10. Kit selon la revendication 7, utilisation selon la revendication 8, ou procédé d’analyse selon la revendication 9, dans lequel le composé d’intérêt est une molécule thérapeutique ou à visée thérapeutique. 10. Kit according to claim 7, use according to claim 8, or analysis method according to claim 9, in which the compound of interest is a therapeutic molecule or molecule for therapeutic purposes.
PCT/FR2022/050344 2021-02-25 2022-02-24 Device for intra-tissue nmr detection and administering of molecules WO2022180344A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2101829A FR3119980A1 (en) 2021-02-25 2021-02-25 Device coupling intra-tissue NMR detection and molecule administration
FRFR2101829 2021-02-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022180344A1 true WO2022180344A1 (en) 2022-09-01

Family

ID=76283837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2022/050344 WO2022180344A1 (en) 2021-02-25 2022-02-24 Device for intra-tissue nmr detection and administering of molecules

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3119980A1 (en)
WO (1) WO2022180344A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5191900A (en) 1991-04-10 1993-03-09 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Dialysis probe
US20050107870A1 (en) * 2003-04-08 2005-05-19 Xingwu Wang Medical device with multiple coating layers
WO2006014524A2 (en) * 2004-07-07 2006-02-09 Nanoset, Llc Medical device with low magnetic susceptibility
WO2007025356A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-08 Universite Libre De Bruxelles Electro-biochemical probe for intramuscular or intracerebral analysis

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5191900A (en) 1991-04-10 1993-03-09 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Dialysis probe
US20050107870A1 (en) * 2003-04-08 2005-05-19 Xingwu Wang Medical device with multiple coating layers
WO2006014524A2 (en) * 2004-07-07 2006-02-09 Nanoset, Llc Medical device with low magnetic susceptibility
WO2007025356A1 (en) * 2005-08-31 2007-03-08 Universite Libre De Bruxelles Electro-biochemical probe for intramuscular or intracerebral analysis

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MULLER, M. ET AL., CLIN PHARMACOL THER, vol. 62, 1997, pages 165 - 170
RONGQUIST, G. ET AL., ACTA NEUROCHIR, vol. 114, 1992, pages 8 - 11

Also Published As

Publication number Publication date
FR3119980A1 (en) 2022-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10405750B2 (en) Nonradiative voltage-sensitive dye for imaging neuronal action potential
Toms et al. Intraoperative optical spectroscopy identifies infiltrating glioma margins with high sensitivity
US20060173362A1 (en) Methods of medical imaging using quantum dots
EP2691016B1 (en) System for assessing tissue substance extraction
US9724431B2 (en) Tumor-targeting multi-mode imaging method for living body based on gold nanoclusters
US8211660B2 (en) In-vivo monitoring of circulating apoptotic cells
US20060281068A1 (en) Cytological methods for detecting a disease condition such as malignancy by Raman spectroscopic imaging
CN113834869A (en) Collection probes and methods of use thereof
US9833144B2 (en) Probes, methods of making probes, and methods of use
Charalampaki et al. Confocal laser endomicroscopy for real-time histomorphological diagnosis: our clinical experience with 150 brain and spinal tumor cases
US20060253261A1 (en) Digitizing biology
EP2691025B1 (en) Ultrasonic system for assessing tissue substance extraction
KR20120015227A (en) Medical imaging method for simultaneous detection of multiplex targets using fluorescent and raman signal and apparatus for simultaneously detecting multiplex targets of fluorescent and raman signal using therof
Wang et al. Applications of fluorescence lifetime imaging in clinical medicine
US8706187B2 (en) Imaging methods for early detection of brain tumors following embryonic stem cell implants
US20120200850A1 (en) Cytological methods for detecting a condition such as transplant efficiency by raman spectroscopic imaging
JP4283675B2 (en) Method for in vivo assessment of physiological status and / or organ or system function, including methods for assessing cardiopulmonary disorders such as chronic heart failure using polarized 129XE
US20210231600A1 (en) Real-time and label free analyzer for in-vitro and in-vivo detecting the suspicious regions to cancer
US20120035583A1 (en) Multimode neurobiophysiology probe
Payne et al. Raman spectroscopy and neuroscience: from fundamental understanding to disease diagnostics and imaging
Stangler et al. Microdialysis and microperfusion electrodes in neurologic disease monitoring
Liu et al. Cerebral microdialysis in glioma studies, from theory to application
Zhang et al. Analytical methods for brain targeted delivery system in vivo: perspectives on imaging modalities and microdialysis
WO2022180344A1 (en) Device for intra-tissue nmr detection and administering of molecules
US20180264191A1 (en) Systems and methods for neural drug delivery and modulation of brain activity

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22710696

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 22710696

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1