Étude sur l’évaluation de la perméabilité, du transport et du flux de l’endothélium cérébral

Introduction

La barrière hémato-encéphalique (Blood-Brain Barrier, BBB) est une barrière essentielle qui protège le cerveau des substances nocives, tout en constituant un obstacle clé pour l’entrée des médicaments dans le cerveau. La perméabilité et les propriétés de transport de la BBB influencent directement la distribution des médicaments dans le cerveau, en particulier l’efficacité des médicaments du système nerveux central (CNS). Cependant, la mesure de la perméabilité de la BBB pour les médicaments hautement perméables (comme les médicaments liposolubles) reste un défi technique, car les méthodes traditionnelles de mesure du flux sanguin cérébral ont du mal à évaluer avec précision la perméabilité de ces médicaments. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé de nouvelles méthodes expérimentales visant à dépasser les limites des méthodes traditionnelles et à mesurer directement la perméabilité de la BBB pour les médicaments hautement perméables.

Cette étude, dirigée par Quentin R. Smith et ses collaborateurs, vise à mesurer la perméabilité de la BBB pour les médicaments hautement liposolubles en utilisant la technique de perfusion cérébrale in situ (in situ brain perfusion technique) et à vérifier sa relation avec la liposolubilité des médicaments (log Poct). L’équipe de recherche provient de plusieurs institutions, notamment le Texas Tech University Health Sciences Center et l’University of Nebraska Medical Center. L’étude a été publiée en 2024 dans la revue Fluids and Barriers of the CNS.

Déroulement de l’étude

1. Conception expérimentale

L’objectif principal de l’étude était d’étendre la plage de mesure de la perméabilité de la BBB en utilisant deux méthodes : augmenter le débit sanguin cérébral et ajouter des protéines plasmatiques. Ces deux méthodes visent à réduire le taux d’extraction des médicaments pour les ramener dans une plage mesurable, permettant ainsi d’utiliser l’équation de Crone-Renkin “diffusion-flux” pour calculer la perméabilité de la BBB.

2. Sujets expérimentaux

Des rats et des souris ont été utilisés comme sujets d’étude. Plus précisément, des rats Sprague-Dawley mâles adultes (200-350 grammes) et des souris CF-1 (30-40 grammes) ont été utilisés pour les expériences de perfusion cérébrale in situ. Toutes les expériences ont été approuvées par le comité d’éthique animale.

3. Technique de perfusion cérébrale in situ

La technique de perfusion cérébrale in situ modifiée a été utilisée, avec les étapes suivantes : - Anesthésie et préparation chirurgicale : Les animaux ont été anesthésiés par injection intrapéritonéale (par exemple, kétamine/xylazine ou pentobarbital sodique), suivie d’une chirurgie de cathétérisme de l’artère carotide pour assurer que le liquide de perfusion atteint directement le cerveau. - Préparation du liquide de perfusion : Le liquide de perfusion était une solution saline physiologique contenant différentes concentrations de protéines plasmatiques (comme l’albumine sérique ou l’alpha-1 glycoprotéine acide) pour simuler différentes conditions de liaison aux protéines plasmatiques. - Processus de perfusion : Le liquide de perfusion a été injecté dans l’artère carotide à l’aide d’une pompe à débit constant, tout en surveillant la pression de perfusion. Le liquide de perfusion contenait des solutés marqués par radioactivité (comme le diazépam, l’acide palmitique) et des marqueurs de flux sanguin (comme l’iodoantipyrine). - Échantillonnage et analyse du tissu cérébral : Après la perfusion, le cerveau a été rapidement prélevé et divisé en régions. Les échantillons de tissu cérébral ont été analysés par comptage par scintillation liquide (LSC) pour mesurer la teneur en marqueurs radioactifs, calculer le taux d’absorption cérébrale (kin) et la perméabilité vasculaire (PS).

4. Analyse des données

L’étude a utilisé l’équation de Crone-Renkin pour calculer la perméabilité de la BBB. Cette équation prend en compte la relation entre le débit sanguin (F), le produit perméabilité-surface (PS) et la fraction libre du médicament (fu). En utilisant une analyse de régression non linéaire, les chercheurs ont ajusté les données expérimentales pour calculer la perméabilité de la BBB pour différents médicaments.

Résultats principaux

1. Mesure de la perméabilité de la BBB à haut débit sanguin

En augmentant le débit sanguin cérébral, les chercheurs ont réussi à étendre la plage de mesure de la perméabilité de la BBB. Les résultats expérimentaux ont montré que le taux d’absorption cérébrale (kin) de médicaments liposolubles comme le diazépam augmentait significativement à haut débit sanguin, avec une relation linéaire entre le taux d’absorption et le débit sanguin. La perméabilité de la BBB pour le diazépam (PS) a atteint 0,94 ml/s/g, bien supérieure aux résultats précédents (0,03-0,06 ml/s/g).

2. Impact de la liaison aux protéines plasmatiques sur la perméabilité de la BBB

L’ajout de protéines plasmatiques (comme l’albumine sérique bovine) a réduit la fraction libre (fu) des médicaments, diminuant ainsi leur taux d’absorption cérébrale. En ajustant la concentration de protéines plasmatiques, les chercheurs ont pu contrôler le taux d’extraction des médicaments dans une plage mesurable et utiliser l’équation de Crone-Renkin pour calculer avec précision la perméabilité de la BBB. Les résultats expérimentaux ont montré que la perméabilité de la BBB pour le diazépam, le flunitrazépam et l’acide palmitique était respectivement de 0,81-0,93 ml/s/g, 0,14 ml/s/g et 2,8 ml/s/g.

3. Relation entre la liposolubilité des médicaments et la perméabilité de la BBB

L’étude a analysé la perméabilité de la BBB pour 125 solutés, dont 78 n’ont pas montré de transport actif d’efflux significatif. Les chercheurs ont constaté que la perméabilité de la BBB était linéairement corrélée à la liposolubilité des médicaments (log Poct), couvrant 10 ordres de grandeur. En particulier, la perméabilité de la BBB pour le diazépam, l’estradiol et la testostérone était significativement plus élevée que dans les études précédentes.

Conclusions et signification

1. Valeur scientifique

Cette étude a réussi à mesurer la perméabilité de la BBB pour les médicaments hautement liposolubles en améliorant les méthodes expérimentales, comblant ainsi une lacune dans les mesures traditionnelles de perméabilité pour ces médicaments. Les résultats montrent une relation linéaire significative entre la perméabilité de la BBB et la liposolubilité des médicaments, fournissant une base théorique importante pour le criblage et la conception des médicaments du CNS.

2. Valeur applicative

Cette étude offre de nouvelles méthodes expérimentales pour le développement de médicaments, en particulier pour l’évaluation de la perméabilité de la BBB pour les médicaments hautement liposolubles. En augmentant le débit sanguin et en ajoutant des protéines plasmatiques, les chercheurs peuvent mesurer avec plus de précision la perméabilité de la BBB, optimisant ainsi la distribution et l’efficacité des médicaments dans le cerveau.

3. Points forts de l’étude

• Méthodes expérimentales innovantes : En augmentant le débit sanguin et en ajoutant des protéines plasmatiques, les chercheurs ont réussi à étendre la plage de mesure de la perméabilité de la BBB.
• Données de haute précision : L’étude fournit des données de perméabilité de la BBB pour les médicaments hautement liposolubles, en particulier pour le diazépam, dont la perméabilité est significativement plus élevée que dans les études précédentes.
• Perspectives d’application étendues : Cette étude offre de nouvelles méthodes expérimentales et un soutien théorique pour le criblage et la conception des médicaments du CNS, avec des perspectives d’application étendues.

Autres informations utiles

L’étude a également révélé que la perméabilité de la BBB est non seulement liée à la liposolubilité des médicaments, mais aussi influencée par leur poids moléculaire (MW). Grâce à une analyse de régression linéaire multiple, les chercheurs ont constaté que le log Poct et le log MW avaient un impact significatif sur la perméabilité de la BBB, révélant davantage la complexité des mécanismes de transport à travers la BBB.

En conclusion, cette étude, grâce à des méthodes expérimentales innovantes et à une analyse approfondie des données, offre de nouvelles perspectives et méthodes pour mesurer la perméabilité de la BBB, avec une valeur scientifique et applicative importante.