Antimatière et tomographie par émission de positons

Qu'est-ce que Star Trek et la tomographie par émission de positons (TEP) ont en commun ? L'antimatière !

La TEP est une technique diagnostique non effractive qui permet de produire des images du corps en trois dimensions. Les mesures et les observations sont faites in vivo à partir d'une injection d'isotopes radioactifs et par observation de leur désintégration. Mais qu'en est-il de l'antimatière ? Il s'agit en fait d'un produit de la désintégration de l'isotope.

Les radio-isotopes les plus souvent utilisés sont le carbone 11, l'azote 13, l'oxygène 15 et le fluor 18. Ces isotopes ont une carence en neutrons et se désintègrent lorsqu'un proton se transforme spontanément en neutron, provoquant ainsi l'émission d'un positon. On utilise surtout ces isotopes parce qu'ils se désintègrent uniquement en émettant des positons. Le positon, c'est-à-dire une sorte d'antimatière, est un électron à charge positive. Au moment de son émission, le positon entre en collision avec un électron et entreprend un processus d'annihilation antimatière-matière. Au cours de ce processus, les deux masses équivalentes du positon et de l'électron sont converties en rayonnement électromagnétique qui prend la forme de deux photons à rayonnements égaux (511 keV) émis à 180 degrés l'un de l'autre. C'est cette émission de rayons gamma (g) qui est détectée.

On utilise ces isotopes parce que le carbone, l'azote et l'oxygène sont déjà présents dans les molécules du corps humain. En conséquence, l'ajout de ces isotopes ne modifie pas de façon significative les propriétés chimiques de ces molécules. Bien que les molécules biologiques ne contiennent pas de fluor, celui-ci peut quand même être utilisé parce que ses atomes sont considérés comme étant « isostères » par rapport aux atomes d'hydrogène présents dans le corps. La demi-vie des isotopes est inférieure à deux heures, ce qui permet de réduire au minimum l'exposition aux rayonnements tout en allouant suffisamment de temps aux observations. Les isotopes sont produits à l'état pur dans un cyclotron qui ajoute des protons aux isotopes stables par l'entremise d'un bombardement à haute énergie du noyau stable à l'aide de protons et de deutérons. Étant donné que leur demi-vie est tellement courte (l'oxygène 15 : 2,03 minutes, le carbone 11 : 20,4 minutes, l'azote 13 : 9,96 minutes et le fluor 18 : 109,8 minutes), les isotopes doivent être produits immédiatement avant leur utilisation. Il est donc nécessaire qu'un cyclotron se trouve à proximité.

En 1980, TRIUMF (pour Tri-University Meson Facility, c'est-à-dire installation de production de mésons triuniversitaire) lançait le seul projet de TEP de l'Ouest canadien, en collaboration avec l'hôpital de l'Université de la Colombie-Britannique. TRIUMF produit du carbone 11, de l'oxygène 15, du fluor 18, du brome 75 (dont la demi-vie est de 98 minutes), ainsi que des produits radiopharmaceutiques utilisés dans les processus d'imagerie. Une fois que les produits radiopharmaceutiques ont été fabriqués par les chimistes, ils sont envoyés à l'hôpital par un pipeline pneumatique souterrain de 2,4 km. La durée du voyage n'est que de deux minutes ! Les produits radiopharmaceutiques sont ensuite utilisés à la Clinique de troubles neurodégénératifs où l'on étudie les problèmes de mouvement comme la maladie de Parkinson et la sclérose latérale amyotrophique (SLA).

Dans le cadre d'un projet de collaboration semblable, la faculté de pharmacie de l'Université de Toronto et la Radiopharmacie régionale des hôpitaux Chedoke et McMaster travaillent à la synthétisation de nouveaux produits radiopharmaceutiques. Ceux-ci seront utilisés pour la recherche et le travail clinique comme la synovectomie radio-isotopique chez les personnes souffrant de polyarthrite rhumatoïde, l'imagerie myocardique et la mesure des caractéristiques neurophysiologiques. On fait également des recherches pour essayer de mettre au point des produits radiopharmaceutiques thérapeutiques et diagnostiques pour des tumeurs spécifiques.