Barrière hémato-encéphalique - Définition

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.

Mesure et représentation de la perméabilité de la barrière hémato-encéphalique

Comme il est indiqué dans la section précédente, les processus de transport de substrats à travers la barrière hémato-encéphalique sont très variés, tant dans la nature du ou des substrats à transporter que dans le sens même où s'effectue le transport. Or il est essentiel pour la médecine et la pharmacie de savoir comment faire pénétrer dans le cerveau des médicaments (psychotropes) ou comment empêcher des toxiques, par exemple destinés à d'autres organes, d'y pénétrer.

La manière la plus classique est de procéder à des essais in vivo, sur l’animal, puis sur l'homme (« essais cliniques »), mais on peut recourir de façon plus aisée à des essais in vitro, voire à des simulations in silico.

Bases physiques

Un modèle simplifié, basé sur un seul capillaire a été mis au point par Renkin (1959) et Crone (1965). Le résultat s'exprime comme le « produit perméabilité-surface PS » de l’échantillon de capillaire. Il détermine la fraction E extraite en un passage d'une quantité de sang Q :

\scriptstyle E = 1 - e^{-{\frac{PS}{Q}}} .

Pour E < 0,2, la perméabilité est le facteur limitant, autrement elle est modérée ou grande.

Procédés in vitro

Le procédé le plus simple et le plus réaliste est l'utilisation de vaisseaux isolés, qui restent vivants pour un certain temps..

Avec des lignées de cellules endothéliales immortalisées, cultivées en couches simples, on peut faire des essais quantitatifs. La qualité de ces couches, celle des jonctions serrées, se mesure par leur résistance électrique, qui doit être aussi élevée que possible. Dans l'organisme vivant, elle peut être de l’ordre de 2 000 Ω⋅cm2. Dans une culture mixte d'astrocytes et de cellules épithéliales, elle peut monter à 800 Ω⋅cm2.

Procédés in vivo

Les rats de laboratoire sont des organismes modèles très utilisés pour les expériences in vivo sur la barrière hémato-encéphalique.

Le premier procédé a été l'injection de colorants suivie de l'examen anatomique de l'animal. Le colorant franchissant la barrière hémato-encéphalique laisse une trace tenace. Ceci permet d'étudier des lésions volontaires de la barrière.

Les procédés in vivo sont irremplaçables pour leur sensibilité aux conditions physiologiques, le temps pendant lequel on peut les laisser agir et le nombre de passages du sang à travers le réseau capillaire.

Indice d'absorption cérébrale

Le rapport entre les taux d'absorption d'une substance à tester et une substance facilement absorbée, toutes deux marquées radioactivement donne l'indice d'absorption cérébrale (Brain Uptake Index ou BUI). Cette méthode ne s'applique qu'à des substances rapidement absorbées. Voir la table pour quelques substances courantes.

Indice d'efflux cérébral

Il est également intéressant de connaître pour chaque substrat les propriétés d'efflux de la barrière hémato-encéphalique. On compare le substrat testé à une matière de référence, peu capable de sortir de la barrière, toutes deux marquées radioactivement. Elles sont microinjectées directement dans le cerveau. L'indice d'efflux cérébral (Brain Efflux Index ou BEI) se calcule en fonction de ce qui reste de chacune des matières par rapport à ce qui a été injecté.

Perfusion cérébrale

Dans la méthode de perfusion, le substrat marqué est longuement perfusé dans la carotide. Puis l'animal est sacrifié et la radioactivité du cerveau mesurée. Délicate, elle est réservée à des cas de BEI très faibles.

Il est intéressant de séparer les capillaires par centrifugation avant la mesure, afin d'éliminer tout le substrat qui lui est encore lié.

Technique de diffusion d'indicateur

Dans cette technique, la substance de référence doit être incapable de traverser la barrière hémato-encéphalique. Le substrat à tester et la référence ne sont pas marqués radioactivement. Ils sont infusés dans la carotide, et dosés dans le sang de retour (veine jugulaire interne). Le dosage des matières permet le calcul de la quantité de substrat absorbée. Cette technique par différence ne convient donc que pour des substrats franchissant facilement la barrière.

Autoradiographie quantitative

Voir dans le Wikilivre sur la photographie, les articles spécialisés sur l'autoradiographie et la fluorographie.

La figure ci-contre présente une autoradiographie d'un cerveau d'embryon de rat. Les domaines radioactifs sont foncés (zone subventriculaire SVZ). Le trait noir donne l'échelle de 2 mm.

Cette technique consiste en injection intraveineuse de substance marquée au carbone-14. Les organes sont disséqués, tranchés au microtome et déposés sur du film à rayons X. Connaissant la quantité de marqueur, on peut en déduire le produit perméabilité-surface de l’échantillon.

Microdialyse intracérébrale

On implante dans le tissu nerveux une membrane hémiperméable. Par un microcathéter, on perfuse des substances, et/ou recueille le liquide interstitiel, éventuellement en continu.

En médecine humaine, la microdialyse intracérébrale est utilisée pour le monitoring neurochimique en cas d'accident vasculaire cérébral.

Procédés d'imagerie

L'activité de la barrière hémato-encéphalique, le débit des capillaires, sont liés à l'activité du tissu nerveux qu'ils alimentent. On a donc une interaction entre ces trois grandeurs, qui peuvent varier substantiellement à l’échelle globale du cerveau. Ceci mène à dresser de façon non invasive des images globales du cerveau, essentiellement par trois méthodes qui se complètent : la tomographie par émission de positons (TEP), l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM).

  • La tomographie par émission de positons
TEP du cerveau après saturation par le 2-18fluor-2-deoxy-D-glucose (FDG). Le FDG est transporté au cerveau comme le D-glucose normal par le GLUT-1 (transport passif). Les domaines avec les besoins les plus élevés en glucose sont en rouge.

La méthode repose sur des molécules marquées par un émetteur bêta+ : carbone-11 ou fluor-18. Le positon émis s'arrête dans la matière dense, et s'annihile avec un électron, donnant une paire de rayons gamma opposés. Le point de désintégration se situe donc sur la ligne joignant les points de détection des gammas. On peut ainsi, avec assez de désintégrations, reconstituer par le calcul la densité des molécules marquées.

En raison de la courte demi-vie des émetteurs bêta+, cette méthode ne peut être utilisée qu'auprès de centres dotés de cyclotrons capables de fabriquer ces nucléides, et de laboratoires en mesure de les incorporer aux molécules à marquer.

  • Imagerie par résonance magnétique (IRM)
Spectroscopie par résonance magnétique d'une zone donnée dans le cerveau d'un patient. Les trois images IRM montrent le territoire étudié (entouré en turquoise). On voit les spectres NMR, avec le pic du glutathion (GSH). Les surfaces (axe des Y) y sont portés en fonction de la concentration en GSH (axe des X).

L'imagerie par résonance magnétique est trop peu sensible pour représenter le passage de substances actives à travers une barrière hémato-encéphalique saine. En , l’IRM avec produit de contraste joue un grand rôle.

  • Spectroscopie par résonance magnétique (SRM)

La SRM est une version de l'IRM où l'on fait continûment varier la fréquence pour exciter successivement divers noyaux, et donc leur réponse, ce qui se manifeste par un spectre avec des pics caractéristiques : fluor-19, carbone-13, phosphore-31, et hydrogène dans d'autres substances que l'eau. Les signaux très faibles nécessitent de longs temps de mesure et la mesure sur des volumes appréciables.

Page générée en 0.176 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
A propos - Informations légales | Partenaire: HD-Numérique
Version anglaise | Version allemande | Version espagnole | Version portugaise