Les résultats jettent un nouvel éclairage sur la mémoire et l’épilepsie


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  • Des scientifiques de l’Université de Californie à Irvine ont découvert qu’une blessure à une partie du cerveau modifie les connexions entre les cellules nerveuses dans tout le cerveau. La nouvelle recherche a été publiée cette semaine dans Communication Nature.

    Chaque année aux États-Unis, près de deux millions d’Américains subissent une lésion cérébrale traumatique (TBI). Les survivants peuvent vivre avec des handicaps physiques, cognitifs et émotionnels à vie. Actuellement, il n’existe aucun traitement.

    L’un des plus grands défis pour les neuroscientifiques a été de comprendre pleinement comment un TBI modifie la diaphonie entre différentes cellules et régions du cerveau.

    Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont amélioré un processus appelé iDISCO, qui utilise des solvants pour rendre les échantillons biologiques transparents. Le processus laisse derrière lui un cerveau entièrement intact qui peut être éclairé par des lasers et imagé en 3D avec des microscopes spécialisés.

    Grâce aux processus de nettoyage du cerveau améliorés, l’équipe de l’UCI a cartographié les connexions neuronales dans tout le cerveau. Les chercheurs se sont concentrés sur les connexions aux neurones inhibiteurs, car ces neurones sont extrêmement vulnérables à la mort après une lésion cérébrale. L’équipe s’est d’abord penchée sur l’hippocampe, une région du cerveau responsable de l’apprentissage et de la mémoire. Ensuite, ils ont étudié le cortex préfrontal, une région du cerveau qui travaille avec l’hippocampe. Dans les deux cas, l’imagerie a montré que les neurones inhibiteurs gagnent beaucoup plus de connexions avec les cellules nerveuses voisines après le TBI, mais qu’ils se déconnectent du reste du cerveau.

    « Nous savons depuis longtemps que la communication entre différentes cellules cérébrales peut changer de façon très spectaculaire après une blessure », a déclaré Robert Hunt, PhD, professeur agrégé d’anatomie et de neurobiologie et directeur du Centre de recherche sur l’épilepsie de l’UCI School of Medicine dont laboratoire a mené l’étude, « Mais, nous n’avons pas été en mesure de voir ce qui se passe dans l’ensemble du cerveau jusqu’à présent. »

    Pour examiner de plus près les connexions cérébrales endommagées, Hunt et son équipe ont mis au point une technique permettant d’inverser la procédure de nettoyage et de sonder le cerveau avec des approches anatomiques traditionnelles.

    Les résultats ont montré de manière surprenante que les longues projections de cellules nerveuses distantes étaient toujours présentes dans le cerveau endommagé, mais qu’elles ne formaient plus de connexions avec les neurones inhibiteurs.

    « Il semble que tout le cerveau soit soigneusement recâblé pour s’adapter aux dommages, qu’il y ait eu ou non une blessure directe à la région », a expliqué Alexa Tierno, étudiante diplômée et co-première auteure de l’étude. « Mais différentes parties du cerveau ne fonctionnent probablement pas aussi bien ensemble qu’avant la blessure. »

    Les chercheurs ont alors voulu déterminer s’il était possible de reconnecter des neurones inhibiteurs avec des régions cérébrales distantes. Pour le savoir, Hunt et son équipe ont transplanté de nouveaux interneurones dans l’hippocampe endommagé et ont cartographié leurs connexions, sur la base des recherches antérieures de l’équipe démontrant que la transplantation d’interneurones peut améliorer la mémoire et arrêter les crises chez les souris atteintes de TBI.

    Les nouveaux neurones ont reçu des connexions appropriées de tout le cerveau. Bien que cela puisse signifier qu’il pourrait être possible d’inciter le cerveau blessé à réparer lui-même ces connexions perdues, Hunt a déclaré qu’apprendre comment les interneurones transplantés s’intègrent dans les circuits cérébraux endommagés est essentiel pour toute tentative future d’utiliser ces cellules pour la réparation du cerveau.

    « Notre étude est un ajout très important à notre compréhension de la façon dont les progéniteurs inhibiteurs peuvent un jour être utilisés à des fins thérapeutiques pour le traitement du TBI, de l’épilepsie ou d’autres troubles cérébraux », a déclaré Hunt. « Certaines personnes ont proposé que la transplantation d’interneurones pourrait rajeunir le cerveau en libérant des substances inconnues pour stimuler la capacité de régénération innée, mais nous constatons que les nouveaux neurones sont vraiment câblés dans le cerveau. »

    Hunt espère éventuellement développer une thérapie cellulaire pour les personnes atteintes de TBI et d’épilepsie. L’équipe de l’UCI répète maintenant les expériences en utilisant des neurones inhibiteurs produits à partir de cellules souches humaines.

    « Ce travail nous rapproche d’une future thérapie cellulaire pour les humains », a déclaré Hunt, « Comprendre les types de plasticité qui existent après une blessure nous aidera à reconstruire le cerveau blessé avec un très haut degré de précision. Cependant, il est très important que nous procédions par étapes vers cet objectif, et cela prend du temps. »

    Jan C. Frankowski, Ph.D. ; Shreya Pavani; Quincy Cao et David C. Lyon, PhD ont également contribué à cette étude. Le financement a été fourni par les National Institutes of Health.

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