Propriétés fondamentales du Vert d ’indocyanine D.U. angiographie & pathologies rétiniennes Lariboisière, 1998-1999 T Desmettre, Centre d ’Imagerie & de Laser http://www.clinique-lambersart.fr

INTRODUCTION Littérature Ophtalmo & Hépato-biliaire 1960 à 1970 Spectres d’excitation & d’émission IR Molécule de grande taille Fixation aux protéines plasmatiques Regain d’intérêt apporté par la numérisation Description d’une nouvelle sémiologie Questions sur les propriétés fondamentales du colorant fluorescent

INTRODUCTION Progrès récents Pharmacocinétique Caractéristiques spectrales Rendement de fluorescence Affinité Influence sur la compréhension des images ICG en ophtalmo (?)

Le Vert d’Indocyanine Structure de la molécule 775 daltons (fluorescéine sodique : 337 daltons) Motifs polycycliques hydrophobes Chaîne polycarbonée Groupements sulfates hydrophiles Affinité pour les lipoprotéines Elimination biliaire Molécule amphiphile

Groupement polycyclique Groupement Sulfate Chaine polycarbonée Amonium quaternaire Groupement polycyclique Groupement Sulfate D’après http://www.ps.toyaku.ac.jp/~dobashi/

Aspects pharmacocinétiques Comportement in vivo Rapidité d’élimination : ½ vie 3 à 4 minutes - Cherrick 4,8 min (humain) - Ott 5,2 min (porc) - Flock 2,4 min (rat)

Concentration plasmatique d ’ICG en fonction du délai après injection Time (min)

Aspects pharmacocinétiques Décroissance exponentielle en deux phases : - Phase rapide (t ½ : 2 à 4 minutes) - Phase lente (t ½ : environ 1 heure) Modélisation peu utile lors d’études comportant des temps précoces Le deuxième terme intervient de façon prépondérante aux temps tardifs Ces résultats concernent des études sur des gros vaisseaux

Modélisation de la cinétique d’élimination plasmatique de l’ICG

Propriétés spectrales Spectre d ’absorption - Solution aqueuse Spectre d’absorption dépend de la nature du solvant et de la concentration du colorant Phase aqueuse : formation de polymères dont la proportion augmente avec la concentration d’ICG

Spectre d'absorption de l'ICG en fonction de la concentration dans l’eau Coefficient d’extinction molaire (cm-1/M) Lambda max (nm)

Propriétés spectrales Spectre d ’absorption - Solution plasmatique Liaison aux protéines : induit un décalage du spectre d’absorption de l’ICG vers les infrarouges Solution plasmatique : décalage de 25 nm, de 780 vers 805 La liaison aux protéines gêne la formation des polymères : l’influence de la concentration est moindre qu’en solution aqueuse

Spectre d'absorption de l'ICG en fonction de la concentration plasmatique Coefficient d’extinction molaire (cm-1/M) Lambda max (nm)

Propriétés spectrales Spectre d’émission - Solution aqueuse Benson : émission max à 820 nm Hollins : émission max à 810 nm

Propriétés spectrales Spectre d’émission - Solution plasmatique Décalage après injection iv : 826 à 834 nm (Desmettre 1996, Mordon 1998, Ito 1998) Variations de la position du pic d’émission en fonction du délai après injection

Décalage (shift) du spectre d’émission en fonction du temps après injection

Affinités de la molécule Phénomènes observés Décalage du spectre d’émission après injection i.v. Réhaussement de l’intensité de fluorescence après injection i.v. Même phénomènes in vitro lors de l’incubation avec des liposomes ou des micelles Caractère amphiphile de la molécule

Affinités de la molécule Interaction avec les stuctures phospholipidiques Phospholipides de l’endothélium vasculaire ? (Mordon, Microvasc Research 98) Phospholipides circulants (HDL) (Yoneya, IOVS 98) Phospholipides des drusen (Chang, Ophthalmology 98)

Rendement de fluorescence Rendement de fluorescence de l’ICG est 25 fois inférieur à celui de la fluorescéine sodique (Fox 1960)

Rendement de fluorescence Caractère additif de la lumière de fluorescence infrarouge Extinction de la fluorescence (Quenching) Interactions de la lumière de fluorescence avec les particules du solvan

Rendement de fluorescence Caractère additif de la fluorescence IR Rayonnement d’excitation et d’émission IR de l’ICG n’est pas ou peu absorbé par l’hémoglobine « Transparence » des structures contenant du sang pour les rayonnements IR Caractère additif de la fluorescence des différentes couches vasculaire (croisements des vaisseaux)

Rendement de fluorescence Rôle de la concentration Extinction de la fluorescence (quenching) Pour des valeurs de concentrations plasmatiques dépassant 0.080 mg/ml

Quenching : extinction de l’intensité de fluorescence en fonction de la concentration d’ICG

Rendement de fluorescence Mode de diffusion de la lumière de fluorescence La diffusion d’un rayonnement sur des particules est influencée par la taille de ces particules Diffusion de Mie : « forward Scattering » a un rendement relativement faible. Est favorisée par la présence des éléments figurés du sang (hématies) Diffusion de Raleygh : isotropique a un rendement plus élevé. Est favorisée par la présence des petites molécules plasmatiques

Rendement de fluorescence Mode de diffusion de la lumière de fluorescence Solution plasmatique Solution sanguine Augmentation du rendement de fluorescence, la diffusion de Raleygh prédomine Diminution du rendement de fluorescence, la diffusion de Mie prédomine

Rendement de fluorescence Mode de diffusion de la lumière de fluorescence La proportion entre les deux modes de diffusion s’inverserait lors du passage d’une solution plasmatique à une solution sanguine (Flower 95) Cette inversion de proportion expliquerait qu’une solution plasmatique soit environ 6 fois plus fluorescente qu’une solution sanguine (Scheider 92)

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

Diffusion des molécules d’ICG Premières notions : confinement intravasculaire plus important que celui des molécules de fluorescéine Flower 1994 : diffusion des molécules d ’ICG dans des conditions expérimentales. Influence sur la sémiologie des images en ophtalmo ? Chang 1998 : diffusion vers le stroma choroïdien, accumulation au sein de l’épithélium pigmentaire

Aspects cliniques Imprégnation des néovaisseaux de la DMLA Pourquoi une certaine proportion des néovaisseaux occultes de la DLMA bénéficie t’elle de l’angiographie ICG ?? Fixation préférentielle sur les nvo ? Baisse de l’hématocrite local ? Diminution de la fluorescence des tissus périvasculaires ?

Aspects cliniques Imprégnation des néovaisseaux de la DMLA Autre hypothèse Haut métabolisme des néovaisseaux Hyperexpression des récepteurs aux lipoprotéines Fixation des molécules d’ICG aux parois vasculaires par l’intermédiaire de lipoprotéines ?

Aspects cliniques Slo ou Rétinographe Mode d’illumination et de constitution des images différents DEP apparaissent iso ou hyperfluorescents avec les rétinographes mais hypofluorescents avec les rétinographes Flower (1998) : le slo élimine la lumière diffusée (diffusion isotropique de Raleygh) au contact des protéines du DEP

ICG / Fluorescéine sodique Structures moléculaires Structures moléculaires très différentes d’où des propriétés physico-chimiques différentes Fluorescéine : masse moléculaires plus petite, faible coefficient de partage (peu lipophile) ICG : masse moléculaire deux fois plus importante, nature très amphiphile

ICG / Fluorescéine sodique Passage transmembranaire Fluorescéine : diffusion au travers des membranes, phénomène dépendant du pH ICG : Peu d’études concernant la diffusion - Molécule généralement décrite comme confinée dans les vaisseaux mais pouvant diffuser - Affinité pour les phospholipides démontrée

Conclusion Description d’une sémiologie est beaucoup plus lente qu’elle ne l’a été pour la fluorescéine Analyse de plusieurs couches vasculaires complique l’interprétation Fluorescence faible amplifiée peut être une source de confusion surtout pour les temps tardifs La zone de recouvrement des filtres est peu connue par les utilisateurs

Conclusion Caractère amphiphile, affinités complexes pour des éléments plasmatiques et les structures phospholipidiques Métabolisme complexe ; différents mécanismes pour le rendement de fluorescence Compréhension des images n’est pas aussi intuitive que celle obtenues avec la fluorescéine Progrès récents apportés par des études mixtes fondamentales et cliniques