Une étude récente a découvert un chemin direct entre le cerveau et sa dure-mère protectrice, démystifiant ainsi la notion d'isolement complet du cerveau. Grâce à une imagerie innovante, les chercheurs ont identifié les points de sortie de la coiffe arachnoïdienne (ACE), cruciaux pour l'élimination des déchets cérébraux et l'interaction avec le système immunitaire. L’étude relie également le processus de vieillissement au dysfonctionnement de ces points, offrant ainsi un aperçu du développement des maladies neurodégénératives. Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour traiter les problèmes de santé liés au cerveau.
La collaboration avec le NIH a des implications pour la compréhension des réponses du système neuro-immunitaire et du processus de vieillissement.
Dans une étude récente sur le système de drainage des déchets cérébraux, des chercheurs de l'Université de Washington à St. Louis, en collaboration avec des chercheurs de l'Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux (NINDS), qui fait partie du National Institute of Health (NIH), ont découvert un lien direct entre le cerveau et sa solide couche protectrice, la dure-mère, grâce à une étude axée sur le système d'élimination des déchets du cerveau.
Ces liens peuvent permettre aux déchets liquides de quitter le cerveau tout en exposant le cerveau aux cellules immunitaires et à d’autres signaux provenant de la dure-mère. Cela remet en question l’idée reçue selon laquelle le cerveau est coupé de son environnement par une série de barrières protectrices, le protégeant des produits chimiques et des toxines dangereux qui se cachent dans l’environnement.
« Les fluides résiduaires se déplacent du cerveau vers le corps, un peu comme la façon dont les eaux usées quittent nos maisons », a déclaré Daniel S. Reich, MD, Ph.D. du 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. » Le groupe de Reich a travaillé conjointement avec le laboratoire de Jonathan Kipnis, Ph.D., professeur à l'Université Washington de Saint-Louis.
Le laboratoire de Reich a utilisé l'imagerie par résonance magnétique (IRM) à haute résolution pour observer la connexion entre le cerveau et le système lymphatique du corps chez l'homme. Pendant ce temps, le groupe de Kipnis utilisait indépendamment des techniques d'imagerie cérébrale à base de cellules vivantes et d'autres techniques microscopiques pour étudier ces systèmes chez la souris.
À l’aide de l’IRM, les chercheurs ont scanné le cerveau d’un groupe de volontaires sains qui avaient reçu des injections de gadobutrol, un colorant magnétique utilisé pour visualiser les perturbations de la barrière hémato-encéphalique ou d’autres types de lésions des vaisseaux sanguins. On sait que les grosses veines traversent la barrière arachnoïdienne, évacuant le sang du cerveau, et elles ont été clairement observées sur les IRM. Au fur et à mesure que l'analyse progressait, un anneau de colorant est apparu autour de ces grosses veines qui s'est lentement étendu au fil du temps, suggérant que le liquide pourrait se frayer un chemin à travers l'espace autour de ces grosses veines où elles traversent la barrière arachnoïdienne avant d'entrer dans la dure-mère.
Le laboratoire de Kipnis faisait des observations similaires chez la souris. Son groupe a injecté à des souris des molécules électroluminescentes. Comme lors des expériences d’IRM, un fluide contenant ces molécules électroluminescentes a été observé passer à travers la barrière arachnoïdienne où passaient les vaisseaux sanguins.
Découverte des points de sortie de la manchette arachnoïdienne
Ensemble, les laboratoires ont découvert un « brassard » de cellules qui entourent les vaisseaux sanguins lorsqu’ils traversent l’espace arachnoïdien. Ces zones, qu'ils ont appelés points de sortie de la coiffe arachnoïdienne (ACE), semblent agir comme des zones où le liquide, les molécules et même certaines cellules peuvent passer du cerveau à la dure-mère et vice versa, sans permettre un mélange complet des deux fluides. Dans certains troubles comme Alzheimer maladie, une élimination des déchets altérée peut provoquer une accumulation de protéines pathogènes. Poursuivant l'analogie avec les égouts, Kipnis a expliqué la connexion possible aux points ACE :
« 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-t-il déclaré. « Dans le cerveau, les obstructions aux points ACE peuvent empêcher les déchets de sortir. Si nous pouvons trouver un moyen de nettoyer ces bouchons, nous pourrons peut-être protéger le cerveau.
L’une des implications des points ACE est qu’il s’agit de zones dans lesquelles le système immunitaire peut être exposé et réagir aux changements survenant dans le cerveau. Lorsque des souris du laboratoire du Dr Kipnis ont été induites à souffrir d'un trouble dans lequel le système immunitaire attaque la myéline de leur cerveau et de leur moelle épinière, des cellules immunitaires ont pu être observées autour des points ACE et même entre la paroi des vaisseaux sanguins et les cellules du brassard ; cela a conduit au fil du temps à une panne du point ACE lui-même. Lorsque la capacité des cellules immunitaires à interagir directement avec les points ACE était bloquée, la gravité de l’infection était réduite.
« 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. »
Reich et son équipe ont également observé un lien intéressant entre l'âge des participants et le manque de points ACE. Chez les participants plus âgés, davantage de colorant s’est infiltré dans le liquide environnant et dans l’espace autour des vaisseaux sanguins.
« 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. »
Le lien avec le vieillissement et la perturbation de la barrière séparant le cerveau du système immunitaire correspond à ce qui a été observé chez les souris vieillissantes et dans les maladies auto-immunes comme la sclérose en plaques. Ce nouveau lien entre le cerveau et le système immunitaire pourrait également contribuer à expliquer pourquoi notre risque de développer des maladies neurodégénératives augmente avec l’âge, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ce lien.
Cette étude a été soutenue par le programme de recherche intra-muros du NINDS, l'Institut national sur le vieillissement (AG034113, AG057496, AG078106) et le Consortium BEE du Cure Alzheimer's Fund.
