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Santé

Des neuroscientifiques viennent de découvrir une connexion jusqu’alors inconnue entre le cerveau et son environnement

Comment le cerveau se débarrasse-t-il de ses déchets et comment ce processus influence-t-il notre santé ? Dans une étude historique menée par des chercheurs de l’Université de Washington à Saint-Louis et de l’Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux, des scientifiques ont découvert une voie directe par laquelle le système d’élimination des déchets du cerveau communique avec les couches protectrices qui l’entourent, remettant en question des croyances de longue date. sur l’isolement du cerveau du système immunitaire du corps.

Cette découverte met en lumière les mécanismes qui permettent aux déchets et aux signaux immunitaires de se déplacer entre le cerveau et son enveloppe protectrice externe, ouvrant potentiellement de nouvelles voies pour comprendre et traiter les maladies neurologiques. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature.

La motivation derrière cette étude découle d’une question fondamentale en neurosciences : comment le cerveau, organe connu pour ses fonctions délicates et complexes, maintient-il sa santé en éliminant les déchets et en interagissant avec le système immunitaire de l’organisme ? Traditionnellement, on pensait que le cerveau fonctionnait dans une sorte d’isolement splendide, protégé par des barrières qui empêchent l’entrée du système immunitaire et des substances potentiellement nocives.

Cependant, cet isolement pourrait également signifier que le cerveau disposait d’options limitées pour éliminer les déchets, une fonction essentielle pour prévenir les maladies. Les chercheurs se sont lancés dans cette étude pour explorer la possibilité d’une voie de communication directe entre le cerveau et les couches protectrices environnantes, ce qui pourrait révolutionner notre compréhension de la santé et des maladies du cerveau.

« Les liquides résiduaires se déplacent du cerveau vers le corps, un peu comme les eaux usées quittent nos maisons », a déclaré Daniel S. Reich, chercheur principal au NINDS. « Dans cette étude, nous avons posé la question de savoir ce qui se passe une fois que les « tuyaux d’évacuation » quittent la « maison » – dans ce cas, le cerveau – et se connectent au système d’égouts de la ville à l’intérieur du corps. »

Pour étudier ces questions, l’étude a utilisé une approche globale combinant des techniques d’imagerie avancées et une analyse génétique chez l’homme et la souris. Chez l’homme, l’équipe a utilisé l’imagerie par résonance magnétique (IRM) à haute résolution pour observer le mouvement d’un colorant magnétique, le gadobutrol, qui a été injecté aux participants afin de visualiser les voies par lesquelles les déchets pourraient sortir du cerveau.

En parallèle, des chercheurs ont mené des expériences sur des souris en leur injectant des molécules électroluminescentes pour suivre le mouvement des fluides à travers les barrières protectrices du cerveau. L’étude a également utilisé le séquençage d’ARN à noyau unique pour analyser l’expression génique des cellules au sein de ces barrières et la microscopie électronique pour visualiser les structures des cellules en détail.

Le chercheur a identifié des régions spécifiques, appelées points de sortie de la manchette arachnoïdienne (ACE), où un « brassard » de cellules entoure les vaisseaux sanguins lorsqu’ils traversent la barrière arachnoïdienne protectrice du cerveau jusqu’à la dure-mère. La dure-mère est la couche la plus externe et la plus résistante parmi les trois couches de membranes appelées méninges qui entourent et protègent le cerveau et la moelle épinière. Cette membrane est composée de tissu conjonctif dense et fibreux.

Ces points ACE agissent comme des passerelles, permettant le transfert de liquides résiduaires, de cellules immunitaires et d’autres molécules entre le cerveau et la dure-mère, contrairement à la croyance antérieure selon laquelle une telle communication était pratiquement impossible en raison des barrières protectrices du cerveau.

Cette découverte révèle que le cerveau n’est pas aussi isolé qu’on le pensait autrefois et qu’il dispose d’un moyen direct d’éliminer les déchets et d’interagir avec le système immunitaire.

« Si votre évier est bouché, vous pouvez retirer l’eau de l’évier ou réparer le robinet, mais en fin de compte, vous devez réparer le drain », a expliqué Jonathan Kipnis, professeur à l’Université de Washington à Saint-Louis. « Dans le cerveau, les obstructions aux points ACE peuvent empêcher les déchets de sortir. Si nous pouvons trouver un moyen de nettoyer ces obstructions, nous pourrons peut-être protéger le cerveau.

Un liquide contenant des molécules électroluminescentes a été observé passer à travers la barrière arachnoïdienne où passaient les vaisseaux sanguins. (NINDS)

Chez la souris, l’étude a montré que ces voies sont impliquées dans la réponse du système immunitaire à des troubles, par exemple lorsque les cellules immunitaires attaquent la myéline protectrice du cerveau dans des conditions imitant la sclérose en plaques. Le blocage de l’interaction des cellules immunitaires avec les points ACE a réduit la gravité de la maladie, soulignant l’importance de ces voies dans la santé et la maladie du cerveau.

« Le système immunitaire utilise des molécules pour communiquer qui passent du cerveau à la dure-mère », a déclaré Kipnis. « Ce croisement doit être étroitement réglementé, sinon des effets néfastes sur la fonction cérébrale peuvent survenir. »

Les chercheurs ont également noté que l’efficacité de ces points ACE et leur rôle dans l’élimination des déchets et la surveillance immunitaire pourraient diminuer avec l’âge. Cela a été suggéré par l’observation selon laquelle les participants plus âgés à l’étude présentaient une fuite accrue du colorant magnétique dans le fluide environnant et les espaces autour des vaisseaux sanguins, indiquant une dégradation potentielle de l’efficacité de ces points ACE au fil du temps.

Cet aspect de l’étude suggère un lien possible entre le processus de vieillissement et le risque accru de développer des maladies neurologiques, suggérant que la détérioration de ces points ACE pourrait contribuer à l’accumulation de déchets et à une altération des réponses immunitaires dans le cerveau vieillissant.

« Cela pourrait indiquer une lente dégradation des points ACE au cours du vieillissement », a déclaré Reich, « et cela pourrait avoir pour conséquence que le cerveau et le système immunitaire peuvent désormais interagir d’une manière qu’ils ne sont pas censés faire. »

La découverte des points ACE révolutionne notre compréhension de la physiologie cérébrale, indiquant une voie directe d’élimination des déchets et d’interaction avec le système immunitaire qui était auparavant inconnue. Mais son étude n’est pas sans limites. Le mécanisme exact par lequel ces points ACE fonctionnent et leur importance relative par rapport à d’autres voies d’élimination des déchets et d’interaction du système immunitaire dans le cerveau restent floues. En outre, bien que l’étude fournisse des preuves convaincantes chez la souris et par l’imagerie IRM chez l’homme, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre pleinement les implications de ces résultats sur la santé humaine et les maladies.

Les futures orientations de recherche incluent l’exploration de la manière dont l’efficacité de ces points ACE change avec l’âge, car l’étude a observé une fuite accrue du colorant magnétique chez les participants plus âgés, ce qui suggère que l’efficacité de ce système d’élimination des déchets pourrait diminuer avec le temps. Cela pourrait avoir de profondes implications dans la compréhension des maladies neurologiques liées à l’âge, dans lesquelles une mauvaise élimination des déchets pourrait jouer un rôle essentiel.

L’étude, intitulée « Identification des connexions directes entre la dure-mère et le cerveau », a été rédigée par Leon CD Smyth, Di Xu, Serhat V. Okar, Taitea Dykstra, Justin Rustenhoven, Zachary Papadopoulos, Kesshni Bhasiin, Min Woo Kim, Antoine Drieu, Tornike Mamuladze, Susan Blackburn, Xingxing Gu, María I. Gaitán, Govind Nair, Steffen E. Storck, Siling Du, Michael A. White, Peter Bayguinov, Igor Smirnov, Krikor Dikranian, Daniel S. Reich et Jonathan Kipnis.

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