La circulation sanguine du cerveau est cartographiée de manière sans précédent

MONTRÉAL — Des chercheurs de Polytechnique Montréal ont réussi à cartographier avec une précision sans précédent la circulation du sang dans le cerveau, ce qui pourrait un jour permettre de détecter les signes avant-coureurs de maladies neurodégénératives.

L'équipe du professeur Jean Provost a notamment réussi l'exploit d'imager les capillaires sanguins, ces canalisations infimes où se produisent les échanges gazeux entre le sang et les cellules.

«On applique le principe de localisation qui est le prix Nobel de chimie de 2014 (...) pour être capables de voir des structures beaucoup plus fines que ce qu'on peut voir dans une image ultrasonore normale», a résumé le chercheur montréalais.

Des problèmes de santé comme la maladie d'Alzheimer, la démence vasculaire ou encore les accidents vasculaires cérébraux sont à l'origine de changements subtils à l'intérieur du cerveau, même en l'absence de symptômes apparents. On sait ainsi que la circulation du sang dans les capillaires est modifiée, ce qui peut nuire aux cellules avoisinantes en les privant par exemple des nutriments dont elles ont besoin.

Ces changements s'opèrent toutefois à une échelle si microscopique qu'ils échappent aux techniques d'imagerie médicale actuelles.

La microscopie de localisation ultrasonore (ULM) imaginée par le professeur Provost et ses collègues suit le cheminement, dans la circulation sanguine, de minuscules bulles qu'on pourrait comparer à des bulles de savon.

Ces microbulles sont déjà couramment utilisées à des fins d'imagerie en cardiologie, mais la technique se heurte à certaines limites puisque les capillaires sont si petits qu'ils ne laissent passer qu'un seul globule rouge (ou dans ce cas-ci, une seule microbulle) à la fois.

Le chercheur postdoctoral Stephen Lee a donc proposé de suivre le cheminement d'une seule microbulle parmi les centaines qui ont été injectées, une approche qui a été baptisée SCaRE (pour Single Capillary Reporters).

«Grâce à la vitesse à laquelle la bulle se déplace et à son mouvement, nous sommes en mesure de déterminer statistiquement s'il s'agit d'un capillaire, a-t-il expliqué. Nous observons donc toujours des bulles individuelles, mais nous disposons d'une méthode statistique capable de déterminer si l'une d'entre elles présente le comportement approprié ou non.»

Plutôt que de considérer chaque microbulle comme un simple point servant à reconstruire une représentation complète d’un capillaire, a-t-on expliqué par voie de communiqué, «les chercheurs analysent son déplacement d’image en image pour obtenir sa trajectoire et mesurer le changement de sa vitesse de déplacement».

En plus d'imager le capillaire, l'approche SCaRE permet d'en évaluer l'état de santé en estimant le temps que met une microbulle à le traverser, une approche que l'équipe a été en mesure de démontrer sur un modèle de neuroinflammation chez des souris.

Si la circulation sanguine s'arrête dans un capillaire – un problème que l'on appelle «stalling» en anglais et qui s'observe normalement seulement en retirant une partie de la boîte crânienne – on peut probablement anticiper des complications, a dit le professeur Provost.

«Nous, on est capables de voir ce phénomène-là de "stalling" pas juste à la surface du cerveau, mais dans la totalité du cerveau», a-t-il souligné, et ce, sans chirurgie.

Les scientifiques, a ajouté le professeur Provost, «sont assez confiants que les capillaires ont un rôle à jouer dans les maladies neurodégénératives». On pourrait donc envisager l'utilisation de cette technologie à des fins de détection précoce ou de dépistage, a-t-il dit.

Son déploiement en milieu hospitalier n'est toutefois pas pour demain. Les temps d'acquisition restent longs et l'imagerie en 3D est pour le moment inatteignable. On peut toutefois envisager concrètement l’utilisation de l’ULM pour détecter des signes avant-coureurs de maladies neurodégénératives.

«On veut créer des cartes numériques de l'ensemble du système vasculaire afin de pouvoir analyser le cerveau dans son ensemble d'une manière complètement différente de ce que nous avons pu faire jusqu'à présent», a conclu M. Lee.

«Il y a une forte demande pour des applications de médecine personnalisée. Je pense que c'est un excellent moyen de créer des modèles numériques personnalisés des cerveaux de différents individus, afin de pouvoir les examiner, les étudier et déterminer si un patient a besoin d'un traitement très spécifique par rapport à un autre patient, même s'ils souffrent de la même maladie. C'est quelque chose qui m'enthousiasme beaucoup.»

Les détails de cette avancée sont publiés par la revue scientifique PNAS.

Jean-Benoit Legault, La Presse Canadienne