Microimaging of cartilage in NMR
Micro-imagerie RMN du cartilage
Résumé
MR imaging has been shown to directly visualize the cartilage contrary to other imaging approaches but reports were as far conflicting regarding the real
significance of imaging patterns depicted in MRI. Using an experimental osteoarthritic model on rat, we demonstrated that proton SE images were well adapted to depict morphological modifications of cartilage as well as variations of its internal structure (laminar appearance).We showed on a clinical scanner (1.5Tesla) that T1-weighted sequences were accurate to delimit the bovine cartilage boundaries and to determine its thickness. However, these sequences could not permit to characterize the cartilage structure itself depicted as homogeneous. Conversely, with T2-weighted sequences, MR pattern of cartilage was heterogeneous and our data, supported by correlations with histology and biochemistry, showed that this heterogeneity was not artefactual but was supported by variations inside the cartilage structure.
In order to confinn the potentiality of the T2 weighted sequences raised by results obtained on bovine samples, we developed on rat patellar cartilage, and using a 8.5 Tesla micro imager, a T2 mapping technique. We observed on one hand a decrease of global T2 values during the maturation and aging processes and on the other hand, zonal variations of T2 values with cartilage depth. We demonstrated that these variations reflect the evolution of the cartilage matrix content and particularly the collagen content but also its organization. With a proteoglycans depletion model (hyaluronidase digestion), we noted that proteoglycans depletion leads to an increase of T2 values, this increase being proportional to the loss in proteoglycans. Such phenomenon might be explained byan influx of proton molecules in the free space provoked by the proteoglycan loss. T2 mapping looks as a very promising technique that should permit to define more precisely the different steps of matrix cartilage lesions and
thus to increase our knowledge regarding the early stages of OA disease. In a therapeutic perspective, T2 mapping would pennit to evaluate quantitatively the effectiveness - and the tolerance - of drugs on cartilage, even before any morphological chondrallesion could be depicted.
Contrairement aux autre moyens d'imagerie, l'IRM permet une visualisation directe du tissu cartilagineux. Nous avons démontré au cours d'un modèle exprimental d'arthrose chez le rat que les séquences protoniques sont adaptées pour dépister les lésions chondrales ainsi que les variations structurales internes du cartilage (aspect laminaire). Nous avons montré sur un imageur clinique de 1.5 Tesla, que
les séquences pondérées T1 sont idéales pour apprécier les limites du tissu cartilagineux ainsi que son épaisseur. Cependant, ces séquences sont incapables de déterminer la structure du cartilage qui apparaît homogène. A l'inverse, sur les séquences pondérées T2, le cartilage présente un aspect hétérogène qui n'est pas artefactuel mais secondaire à des variations de répartition de ses constituants
matriciels (collagène et protéoglycane) tels qu'en atteste nos travaux histologiques et biochimiques. Dans le but de confirmer les résultats obtenus à partir des séquences pondérées T2, nous avons développé une technique de cartographie T2 sur un micro-imageur de 8,5 Tesla et étudié le cartilage rotulien de rat. Nous avons observé d'une part une diminution des valeurs globales de T2 au cours du
processus de maturation et de vieillissement et d'autre part une variation zonale du T2 en fonction de l'épaisseur du cartilage. Nous avons démontré que ces variations de T2 reflétaient l'évolution du contenu matriciel du cartilage et plus particulièrement du collagène ainsi que de son organisation architecturale. Après digestion enzymatique par la hyaluronidase, nous avons montré que la déplétion en protéoglycanes provoquait une augmentation des valeurs de T2 qui est proportionnelle à la perte de protéoglycanes. Ce phénomène peut être expliqué par un influx d'eau libre dans les espaces laissés vacants par les protéoglycanes. La cartographie T2 s'avère être un outil très prometteur qui devrait permettre de préciser les différentes étapes des lésions matricielles cartilagineuses qui amènent à la survenue ultérieure de lésions chondrales macroscopiques. Dans une approche thérapeutique, cet outil devrait permettre d'évaluer quantitativement l'efficacité et la tolérance des drogues sur le cartilage.