Lorsque nous sentons des hot-dogs, cela peut déclencher des souvenirs de barbecues dans la cour ou d’assister à des matchs de baseball pendant l’enfance. Au cours de ce processus, les zones du cerveau qui contrôlent l’odorat et la mémoire à long terme déclenchent rapidement des impulsions. Pour alimenter ces signaux provenant des neurones, les régions actives du cerveau ont besoin d’oxygène et d’énergie sous forme de glucose sanguin, qui est rapidement délivré par les vaisseaux sanguins.
Maintenant, les chercheurs de la faculté de médecine de l’Université du Maryland ont découvert qu’un certain type de cellule qui se trouve au-dessus des plus petits vaisseaux sanguins du cerveau détecte quand leur région cérébrale a besoin d’énergie. Lorsque les niveaux de glucose sont bas, ces cellules signalent aux vaisseaux sanguins de se dilater, augmentant le flux sanguin régional et permettant à plus d’énergie d’alimenter cette partie du cerveau.
Ces résultats d’expériences sur des souris ont été publiés le 27 décembre 2022 dans Rapports de cellule.
« Ces fluctuations du flux sanguin aident à diriger les ressources énergétiques du cerveau pour soutenir les fonctions quotidiennes », a déclaré le responsable de l’étude Thomas Longden, PhD, professeur adjoint de physiologie à l’UMSOM. « Au moment où je parle, le flux sanguin dans mon cerveau sera détourné vers les zones du langage et les zones motrices (ou de mouvement) qui contrôlent mes cordes vocales pour alimenter ces processus. »
En 2022, le laboratoire du Dr Longden a montré que des signaux sous forme de calcium ; façonnés par des impulsions électriques à travers les vaisseaux sanguins ; provoquent la relaxation de certains capillaires cérébraux contrôlant le flux sanguin, à travers un article publié dans Avancées scientifiques. Dans leur dernière étude, son équipe a démontré qu’un type spécifique de cellules situées à l’extérieur des capillaires, appelées péricytes, dirigent ces impulsions électriques en fonction de leur perception des besoins énergétiques locaux.
Les chercheurs ont directement observé ce processus se dérouler dans le cerveau de souris à l’aide d’une microscopie avancée, puis ont disséqué les capillaires avec leurs péricytes attachés. Ils ont ensuite mesuré les signaux électriques émis par les péricytes lors de l’ajustement des niveaux de glucose. Ils ont découvert que les péricytes généraient rapidement des signaux électriques lorsque les niveaux de sucre étaient bas, mais pas lorsque les niveaux étaient élevés.
« Si une énergie adéquate n’est pas fournie par les vaisseaux sanguins cérébraux aux neurones en temps opportun, il peut y avoir un décalage entre l’offre et la demande d’énergie. Cela provoque un stress des neurones du cerveau, ce qui peut entraîner une altération du métabolisme des protéines, des changements dans la façon dont les neurones se déclenchent et même éventuellement la mort cellulaire », a déclaré le co-auteur de l’étude, Ashwini Hariharan, PhD, boursier postdoctoral en physiologie à l’UMSOM.
Il a été démontré que cette défaillance énergétique dans la fonction des vaisseaux sanguins du cerveau se produit au cours du processus de vieillissement, dans certaines maladies neurodégénératives, comme la maladie d’Alzheimer, et dans les accidents vasculaires cérébraux.
Mark T. Gladwin, MD, doyen de l’UMSOM, vice-président des affaires médicales, Université du Maryland, Baltimore, et professeur émérite John Z. et Akiko K. Bowers
Le Dr Longden a ajouté : « En étudiant le fonctionnement normal de ce processus, les chercheurs pourraient mieux comprendre ce qui se passe lors du vieillissement ou des maladies neurodégénératives, afin de pouvoir développer de meilleures thérapies.
Cette étude a été financée par l’Institut national sur le vieillissement et l’Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux des National Institutes of Health (1R01AG066645, 5R01NS115401 et 1DP2NS121347-01), l’American Heart Association et le DC Women’s Board.