Chercheurs du Center for BrainHealth® à l’Université du Texas à Dallas étudient un nouvel indicateur précoce potentiel du déclin vers la maladie d’Alzheimer: mesurer le métabolisme énergétique du cerveau humain vivant à l’aide de techniques d’imagerie de pointe.
Les scientifiques ont mis au point un moyen unique d’illustrer la consommation d’énergie et les réserves dans le cerveau grâce à la spectroscopie par résonance magnétique du phosphore à l’aide d’un scanner IRM 7 Tesla à très haut champ. Leurs résultats suggèrent que le métabolisme énergétique neurologique pourrait être compromis dans les troubles cognitifs légers (MCI), le stade de déclin entre un vieillissement en bonne santé et des états pathologiques plus graves comme la démence et la maladie d’Alzheimer.
Le Dr Namrata Das, PhD’20, spécialiste de programme et neuroscientifique de recherche à l’École des sciences du comportement et du cerveau, est l’auteur principal de l’étude publiée en ligne le 6 avril à Frontières en neurosciences.
«Une grande partie de ce que nous savons sur le déclin cognitif au niveau moléculaire provient d’examens cérébraux post-mortem ou de modèles animaux», a déclaré Das, également titulaire d’un doctorat en médecine et d’une maîtrise en santé publique. « Ce que nous avons entrepris de faire était de surveiller en temps réel les mécanismes biologiques à l’origine de ce déclin chez l’homme pour mieux comprendre les multiples facteurs impliqués. »
L’auteure principale Sandra Bond Chapman, PhD, directrice en chef du Center for BrainHealth de l’UT Dallas, a déclaré que les résultats démontraient «de nouvelles voies pour faire avancer la découverte».
Cette recherche fournit une nouvelle façon prometteuse d’élucider la santé du cerveau – ou les perturbations précoces de sa santé – en raison de changements dans le métabolisme. La nouvelle approche est l’utilisation de l’imagerie par résonance magnétique 7 Tesla, une technologie non invasive et sûre. Il a des implications passionnantes pour la détection précoce de la maladie d’Alzheimer et le potentiel de mesurer la réponse de la maladie aux traitements. «
Sandra Bond Chapman, Chaire universitaire distinguée Dee Wyly en santé cérébrale
Bien que la maladie d’Alzheimer ait été définie pour la première fois il y a plus d’un siècle, le traitement reste insaisissable. Selon Das, c’est parce que «de multiples mécanismes deviennent anormaux, provoquant une cascade d’événements, et nous ne savons pas lequel vient en premier.
« La plupart des recherches actuelles se concentrent sur l’accumulation de protéines bêta-amyloïdes et tau dans le cerveau. Ici, nous essayons de savoir s’il existe d’autres marqueurs précoces qui peuvent être suivis en direct par imagerie. Nous espérons que nos découvertes, une fois intégrées à les mesures de tau et de bêta-amyloïde donneront des informations plus approfondies. «
Les chercheurs théorisent que la perturbation du niveau d’énergie survient au début de la maladie d’Alzheimer, sur la base de travaux post-mortem antérieurs qui ont indiqué que le déficit du métabolisme est plus faible aux stades précoces de la maladie d’Alzheimer que dans les cas graves.
« Cette recherche a ouvert la voie pour répondre à ces questions grâce à la technologie d’imagerie », a déclaré Das.
L’étude actuelle a été menée au Advanced Imaging Research Center (AIRC), une installation collaborative partagée par l’UT Dallas et d’autres institutions du nord du Texas et située sur le campus du UT Southwestern Medical Center. L’installation abrite plusieurs scanners IRM qui fonctionnent à des champs magnétiques allant jusqu’à 7 Tesla (7T) pour les études humaines. Les IRM utilisant des aimants aussi puissants – l’aimant d’une machine 7T est plus de deux fois plus puissant que les IRM cliniques 3T – peuvent éclairer les processus métaboliques et fournir des détails sans précédent dans les images résultantes.
Dans l’étude, 41 participants – 15 cognitivement normaux, 15 atteints de MCI et 11 atteints de la maladie d’Alzheimer précoce – ont subi une évaluation de la fonction exécutive, de la mémoire, de l’attention, des compétences visuospatiales et du langage. Les examens IRM 7T se sont concentrés sur la mesure des rapports entre les molécules d’énergie adénosine triphosphate (ATP) et phosphocréatine (PCr), et le phosphate intracellulaire inorganique.
« La plupart de l’énergie dans une cellule provient des mitochondries », a déclaré Das. « Il est théorisé que le dysfonctionnement mitochondrial survient tôt dans la maladie d’Alzheimer et que l’ATP et le PCr ne sont pas synthétisés correctement. Avec l’IRM 3T, nous ne pouvions pas voir ces niveaux moléculaires avec précision. Le 7T nous y conduit. »
Les scans des chercheurs des lobes temporels des participants ont indiqué que le rapport du PCr à l’ATP – que Das appelait l’indice de réserve d’énergie – était en corrélation avec les niveaux de cognition des participants.
«La réserve d’énergie était plus faible chez les patients atteints de troubles cognitifs légers et encore plus faible chez ceux atteints de la maladie d’Alzheimer», a-t-elle déclaré. « Nous pensons que c’est le premier article à confirmer que la réserve d’énergie diminue dans le MCI, dans de nombreux cas, des années avant que la maladie d’Alzheimer ne s’installe. »
Bien que les appareils d’IRM 7T ne soient pas encore largement disponibles pour l’évaluation clinique de routine des patients, Das a déclaré que les techniques utilisées dans l’étude de recherche pourraient être adaptées aux appareils 3T plus couramment disponibles.
«La technologie évolue de telle manière que nous pourrons bientôt être en mesure de modifier ce que nous voyons sur les scans 7T pour être détecté avec 3T, et 3T est disponible partout», dit-elle. « Nous pouvons modifier certains des paramètres IRM que nous utilisons pour acquérir ces images avec 3T, comme cela a été fait avec la spectroscopie protonique. Nous espérons que cela pourra être accompli dans les prochaines années. »
À l’avenir, l’équipe de recherche a l’intention de combiner ce biomarqueur de niveau énergétique avec des scans de tomographie par émission de positons qui mesurent la protéine bêta-amyloïde et tau, les marqueurs les plus connus de la maladie d’Alzheimer. Pendant ce temps, Das poursuivra ses recherches sur l’utilisation de l’IRM pour trouver de nouveaux marqueurs de neuroimagerie au McLean Imaging Center de la Harvard Medical School à partir du 1er juillet.
« Nous espérons déterminer si le métabolisme anormal de l’énergie cérébrale a une relation avec l’accumulation de bêta-amyloïde et de tau », a déclaré Das. « Les chercheurs ont émis l’hypothèse pendant des années que de tels déficits métaboliques pourraient précéder de telles accumulations, mais ce n’est que maintenant, avec le 7T, que nous avons la modalité de le découvrir. »
La source:
Référence du journal:
Das, N., et coll. (2021) Métabolisme et cognition de l’énergie cérébrale du phosphate dans la maladie d’Alzheimer: étude de spectroscopie utilisant une bobine de volume cérébral entier 31Spectroscopie de résonance magnétique du phosphore à 7Tesla. Frontiers in Neuroscience. doi.org/10.3389/fnins.2021.641739.
