Une nouvelle technique non invasive permet de visualiser en temps quasi réel les vaisseaux d’évacuation des déchets du cerveau humain.
Une équipe de recherche conjointe de l’Université médicale de Caroline du Sud (MUSC) et de l’University of Florida describes the first non-invasive and near real-time visualization of the human brain’s waste-clearance system in Nature Communications. The brain is densely organized, and visualizing the structures dedicated to waste removal, also known as lymphatic structures, had been a limitation in the field.
“This is the first report to show the complete human brain lymphatic system architecture in living humans,” said Onder Albayram, Ph.D., an assistant professor in the Department of Pathology and Laboratory Medicine and Department of Neuroscience at MUSC, who led the research team and is senior author of the article.
Albayram was intrigued by the possibility of lymphatic structures in the brain. “The lymphatic clearance system is all over the body for different organs,” he said. “I asked myself simply, ‘Why not the brain?’”
MRI showing the dorsal flow of the brain’s waste-clearance system. Credit: Dr. Onder Albayram, Medical University of South Carolina
Improved visualization of the brain’s waste-clearance system could enhance our understanding of how the healthy brain functions. It could also provide insight into what goes wrong in neurogenerative diseases such as Alzheimer’s and how the brain recovers from traumatic brain injuries (TBIs).
Pound for pound, the brain is the most metabolically demanding mass in the body – weighing around 3 pounds but requiring 20% of total oxygen consumption. That metabolic demand comes with the need to dispose of waste regularly.
As blood carrying oxygen permeates tissues to deliver vital nutrients, it collects pathogens, damaged cells, and waste. This fluid then drains into lymphatic vessels to be filtered through lymph nodes, which dispose of any unwanted waste products.
IRM montrant le flux dorsal du système d’élimination des déchets du cerveau (représenté en vert). Crédit : Dr Onder Albayram, Université médicale de Caroline du Sud.
“On a longtemps cru que le cerveau était dépourvu de vaisseaux lymphatiques”, a déclaré le Dr Sait Albayram, professeur au département de neuroradiologie de l’Université de Floride, qui est l’auteur principal de l’article.
“Cette idée a commencé à changer il y a une dizaine d’années, lorsque les premiers rapports d’expériences sur des rongeurs ont laissé entendre que des vaisseaux lymphatiques entouraient le cerveau, à côté des vaisseaux sanguins. Mais les preuves de la présence de vaisseaux lymphatiques dans le cerveau humain restaient rares avant cette étude.”
Onder Albayram compare le cerveau dans le crâne à une pomme suspendue à l’intérieur d’un bocal. L’intérieur de la “jarre”, ou crâne, est recouvert d’une couche de membranes délicates appelées méninges. Un liquide appelé liquide céphalo-rachidien (LCR) entoure le cerveau. L’idée classique était que le liquide chargé de déchets provenant du cerveau s’écoulait dans le LCR le long des vaisseaux sanguins, était transporté hors du crâne et s’écoulait ensuite dans les veines. Les recherches menées au cours de la dernière décennie ont laissé entendre que le processus était plus complexe et ont suggéré l’existence de vaisseaux lymphatiques spécialisés dans l’élimination des déchets dans le cerveau.
“Le système d’évacuation lymphatique est présent partout dans le corps pour différents organes. Je me suis demandé simplement : ‘Pourquoi pas le cerveau ?'” – Onder Albayram, Ph.D.
Cependant, l’observation de ces vaisseaux en action dans un cerveau humain vivant a posé des limites techniques. La principale d’entre elles est l’utilisation nécessaire du gadolinium, un métal de terre rare toxique utilisé comme agent de contraste pendant l’IRM, une technique utilisée pour visualiser et différencier les structures du cerveau.
Dans cette étude, les chercheurs ont pu surmonter cette limitation et utiliser l’IRM pour visualiser les vaisseaux lymphatiques dans les méninges sans avoir recours à un agent de contraste. Au lieu de cela, l’équipe a utilisé les différences dans la teneur en protéines du cerveau pour créer un gradient de contraste. Les structures à faible teneur en protéines apparaissent sombres et celles à forte teneur en protéines apparaissent claires, avec une résolution suffisamment élevée pour voir les détails complexes.
“La découverte des réseaux lymphatiques méningés chez les mammifères au cours de la dernière décennie a ouvert un nouveau chapitre dans notre compréhension de la gestion des déchets cellulaires dans le cerveau”, a déclaré Adviye Ergul, M.D., Ph.D., professeur au département de pathologie et de médecine de laboratoire à MUSC, qui n’était pas un auteur de l’étude.
“Cette nouvelle étude va encore plus loin en éliminant la nécessité d’injecter des agents de contraste pour visualiser les vaisseaux lymphatiques”, a-t-elle déclaré. “Il s’agit d’une réalisation majeure qui va revigorer le domaine pour aller plus profondément dans le cerveau et élargir nos connaissances sur le système lymphatique cérébral.”
Cette approche simple mais innovante a permis aux chercheurs de capturer des images claires des vaisseaux lymphatiques, avec leur teneur élevée en protéines – environ 50 fois supérieure à celle du LCR – alors qu’ils relient des zones du cerveau aux ganglions lymphatiques du cou.
L’équipe de recherche a ensuite comparé les différences entre les cerveaux âgés et les cerveaux plus jeunes, et a constaté une réduction de l’élimination des déchets dans les cerveaux âgés.
Grâce à cette technique d’IRM non invasive, les chercheurs et les médecins peuvent désormais voir à quoi ressemblent les vaisseaux lymphatiques d’un cerveau sain, a déclaré Onder Albayram, et étudier comment ils changent avec l’âge. Ils peuvent également déterminer leur rôle dans la progression des maladies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer et les démences apparentées. La technique pourrait également être utilisée pour étudier les moyens d’augmenter le débit lymphatique du cerveau au fur et à mesure que nous vieillissons et peut-être donner un aperçu de la guérison.après un TBI.
“Imaginez à nouveau le cerveau dans le bocal, entouré de délicats vaisseaux lymphatiques”, a déclaré Onder Albayram. “Que se passe-t-il lors d’un traumatisme crânien ? Les vaisseaux lymphatiques sont-ils endommagés, et comment se rétablissent-ils ? Cette technique va nous permettre de commencer à répondre à ces questions.”
Référence : “Imagerie par RM non invasive des réseaux lymphatiques du cerveau humain avec des connexions aux ganglions cervicaux” par Mehmet Sait Albayram, Garrett Smith, Fatih Tufan, Ibrahim Sacit Tuna, Mehmet Bostancıklıoğlu, Michael Zile et Onder Albayram, 11 janvier 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-27887-0
À propos de MUSC
Fondé en 1824 à Charleston, le MUSC abrite la plus ancienne école de médecine du Sud ainsi que le seul centre universitaire intégré de sciences de la santé de l’État, avec la mission unique de servir l’État par l’éducation, la recherche et les soins aux patients. Chaque année, le MUSC éduque et forme plus de 3 000 étudiants et près de 800 résidents dans six collèges : Médecine dentaire, études supérieures, professions de santé, médecine, soins infirmiers et pharmacie. MUSC a rapporté plus de 327,6 millions de dollars en fonds de recherche biomédicale au cours de l’année fiscale 2021, continuant à être en tête de l’État pour l’obtention de fonds fédéraux et des National Institutes of Health, avec plus de 220 millions de dollars.
