Imagerie non invasive pour évaluer l’échange d’eau transbarrière dans le plexus choroïde

Contexte

Le plexus choroïde (Choroid Plexus, CP) est un site clé pour la production du liquide céphalo-rachidien (LCR) et constitue une composante essentielle de la barrière hémato-encéphalique (Blood-Cerebrospinal Fluid Barrier, BCSFB). Le plexus choroïde régule la sécrétion et l’absorption du LCR, maintenant ainsi l’homéostasie cérébrale. Cependant, il manque actuellement des techniques d’imagerie non invasives pour évaluer la fonction du plexus choroïde, ce qui limite une compréhension approfondie de la fonction de la BCSFB. Les méthodes existantes, telles que la méthode de dilution des traceurs et la collecte du LCR, bien qu’elles permettent de mesurer indirectement la sécrétion du LCR, sont invasives et ne peuvent pas distinguer avec précision la contribution du plexus choroïde des autres sources potentielles (comme la barrière hémato-encéphalique).

Ces dernières années, les chercheurs ont proposé d’évaluer l’intégrité de la BCSFB en mesurant le taux d’efflux d’eau du plexus choroïde vers le LCR (kbc). Cet indicateur a montré une diminution significative chez les souris âgées et les patients atteints de troubles cognitifs légers, suggérant qu’il pourrait devenir un biomarqueur important pour évaluer la fonction du plexus choroïde. Cependant, les techniques actuelles d’imagerie par résonance magnétique (IRM) dans ce domaine restent limitées et reposent principalement sur l’utilisation d’agents de contraste. Par conséquent, le développement d’une technique IRM sans agent de contraste pour mesurer le kbc présente une importance scientifique et clinique significative.

Source de l’étude

L’article de recherche a été rédigé par Xuetao Wu, Qingping He, Yu Yin, Shuyuan Tan, Baogui Zhang, Weiyun Li, Yi-Cheng Hsu, Rong Xue et Ruiliang Bai, issus de l’Institut de biophysique de l’Académie chinoise des sciences, de l’Université du Zhejiang, de l’Université de la ville de Hangzhou, entre autres institutions. L’étude a été publiée en 2024 dans la revue Fluids and Barriers of the CNS sous le titre “Relaxation-Exchange Magnetic Resonance Imaging (REXI): A Non-Invasive Imaging Method for Evaluating Trans-Barrier Water Exchange in the Choroid Plexus”.

Processus de recherche et conception expérimentale

1. Développement et validation de la technique REXI

REXI (Relaxation-Exchange Magnetic Resonance Imaging) est une nouvelle technique IRM sans agent de contraste visant à évaluer la fonction de la BCSFB en mesurant le taux d’échange d’eau entre le plexus choroïde et le LCR. REXI exploite la différence significative dans les temps de relaxation transversale (T2) entre les tissus du plexus choroïde (comme les vaisseaux sanguins et les cellules épithéliales) et le LCR, en concevant trois modules principaux : le module de filtrage, le module de mélange et le module de détection.

• Module de filtrage : Utilise un temps d’écho optimisé (Tef) pour filtrer la majorité du signal de magnétisation des tissus du plexus choroïde (T2 court), tout en minimisant l’impact sur le signal du LCR (T2 long).
• Module de mélange : Après le filtrage, le signal de magnétisation restant est stocké dans la direction longitudinale, et un temps de mélange ™ variable permet l’échange d’eau entre le plexus choroïde et le LCR.
• Module de détection : Utilise une acquisition multi-écho pour quantifier la proportion des composants du plexus choroïde et du LCR après échange.

Pour valider la faisabilité de REXI, les chercheurs ont d’abord effectué des tests préliminaires sur des modèles d’eau-urée (Urea-Water Phantoms). Ces modèles constituent un système d’échange à deux sites bien établi, où le taux d’échange de protons peut être modifié en ajustant le pH. Les chercheurs ont préparé 12 modèles d’eau-urée à différents pH (6,7 et 7,0) et ont utilisé un scanner IRM préclinique de 9,4 T pour les expériences.

2. Expériences sur les animaux

Après avoir validé la faisabilité de la technique REXI, les chercheurs ont mené des expériences sur des modèles de rats. Les sujets de l’étude étaient 8 rats Wistar Kyoto (WKY) âgés de 11 à 12 semaines. L’expérience a été divisée en deux parties : une expérience de scan-rescan et une expérience de dysfonctionnement induit par des médicaments du plexus choroïde.

• Expérience de scan-rescan : Visait à valider la reproductibilité de REXI dans la mesure du kbc. Les chercheurs ont effectué deux scans sur chaque rat lors de la même session et ont calculé la reproductibilité du kbc, du fshort (fraction de magnétisation des composants à T2 court) et des valeurs de T2.
• Expérience d’induction médicamenteuse : Un inhibiteur de l’anhydrase carbonique, l’acétazolamide, a été injecté par voie intraveineuse pour induire un dysfonctionnement du plexus choroïde. L’acétazolamide réduit significativement la sécrétion de LCR, permettant ainsi de valider la sensibilité de REXI à détecter les dysfonctionnements du plexus choroïde.

Résultats principaux

1. Résultats des modèles d’eau-urée

Dans les modèles d’eau-urée, REXI a réussi à capturer les variations du taux d’échange de protons à différents niveaux de pH. Avec la diminution du pH, le taux d’échange de protons a augmenté de manière significative, ce qui correspond au mécanisme catalysé par l’acide dans les solutions d’urée. De plus, REXI a détecté une réduction des valeurs de T2 des protons de l’urée et de l’eau avec la diminution du pH, validant ainsi la sensibilité de REXI aux processus d’échange.

2. Résultats des expériences sur les rats

Dans le plexus choroïde des rats, REXI a significativement supprimé le signal des tissus du plexus choroïde, réduisant le fshort de 0,44 à 0,23. Avec l’augmentation du temps de mélange, le fshort a progressivement récupéré à 0,28, indiquant un échange d’eau entre le plexus choroïde et le LCR. En utilisant un modèle d’échange à deux sites (Two-Site Exchange Model, 2SXM), les chercheurs ont calculé un taux d’efflux d’eau en régime permanent (kbc) de 0,49 s⁻¹. L’expérience de scan-rescan a montré que REXI avait une reproductibilité élevée dans la mesure du kbc (coefficient de corrélation intraclasse ICC = 0,90).

Dans l’expérience d’induction médicamenteuse, l’acétazolamide a significativement réduit le kbc, avec une diminution de 66 %, démontrant ainsi la sensibilité de REXI à détecter les dysfonctionnements du plexus choroïde.

Conclusion et signification

Cette étude propose et valide pour la première fois la technique REXI, qui permet de mesurer de manière non invasive le taux d’échange d’eau entre le plexus choroïde et le LCR, offrant ainsi un nouveau biomarqueur pour évaluer la fonction de la BCSFB. Le développement de REXI comble une lacune dans les techniques existantes et fournit un outil important pour les futures recherches sur le rôle du plexus choroïde dans les maladies neurodégénératives (comme la maladie d’Alzheimer). De plus, la reproductibilité et la sensibilité élevées de REXI lui confèrent un potentiel clinique significatif, en particulier dans l’évaluation des anomalies de sécrétion du LCR et des maladies cérébrales associées.

Points forts de l’étude

1. Innovation : REXI est une nouvelle technique IRM sans agent de contraste, permettant pour la première fois une mesure non invasive de l’échange d’eau entre le plexus choroïde et le LCR.
2. Reproductibilité élevée : L’expérience de scan-rescan a montré que REXI avait une reproductibilité élevée dans la mesure du kbc, avec un ICC de 0,90.
3. Sensibilité : REXI a pu détecter de manière sensible le dysfonctionnement du plexus choroïde induit par l’acétazolamide, avec une réduction de 66 % du kbc.
4. Potentiel d’application : REXI offre un outil précieux pour les futures recherches sur le rôle du plexus choroïde dans les maladies cérébrales, avec des perspectives cliniques étendues.

Autres informations utiles

Le succès de cette étude réside non seulement dans le développement de la technique REXI, mais aussi dans l’utilisation des modèles d’eau-urée et de rats pour la validation. Ces modèles fournissent une référence importante pour les recherches similaires à venir. De plus, le développement de REXI ouvre de nouvelles perspectives pour d’autres techniques IRM basées sur l’échange de relaxation (comme REXSY), en particulier en ce qui concerne la réduction du temps de scan et l’amélioration de la résolution spatiale.

La proposition de REXI ouvre de nouvelles voies dans l’étude de la dynamique du LCR, avec un potentiel significatif pour les neurosciences et la médecine clinique à l’avenir.