Les chercheurs de la faculté de médecine de l’Université du Maryland ont développé une technique sur des animaux de laboratoire pour ouvrir de manière cohérente et reproductible la barrière hémato-encéphalique. Cette barrière sert de barricade sécurisant le cerveau du monde extérieur en bloquant certaines toxines environnementales, mais empêche également les thérapies médicamenteuses d’atteindre leurs cibles. La nouvelle technique est basée sur une procédure de routine pour retirer les caillots des artères cérébrales chez les patients. Cette avancée a été menée par Piotr Walczak, MD, PhD, professeur de radiologie diagnostique et de médecine nucléaire à la faculté de médecine de l’Université du Maryland, et Miroslaw Janowski, MD, PhD, professeur agrégé de radiologie diagnostique et de médecine nucléaire à la faculté de médecine de l’Université du Maryland. de Médecine.
L’équipe a publié sa procédure détaillée le 13 décembre 2021, dans Protocoles naturels. Leur article fournit essentiellement une feuille de route aux autres chercheurs pour développer et tester de nouvelles thérapies pour les maladies du cerveau. L’espoir est que les chercheurs utilisent cette procédure pour des traitements contre le cancer du cerveau, les troubles neurologiques comme l’épilepsie, les maladies neurodégénératives comme Alzheimer et Parkinson, ou encore les maladies mentales. Les chercheurs affirment que la technique peut potentiellement être appliquée en conjonction avec les dernières découvertes médicales, telles que l’édition du génome ou la thérapie génique pour traiter les cancers incurables.
La procédure utilise l’imagerie par résonance magnétique (IRM), qui fournit une rétroaction en temps réel, pour contrôler où dans le cerveau la porte de la barrière hémato-encéphalique s’ouvre, permettant aux matériaux de passer dans des espaces qu’ils sont normalement exclus.
« Des dizaines de radiologues interventionnels du monde entier naviguent dans divers dispositifs sophistiqués dans les artères pour des tâches de plomberie standard dans le cerveau humain, comme des anévrismes ou des accidents vasculaires cérébraux. S’il y a une fuite, ils la réparent. S’il y a une obstruction, ils la pompent. Cette voie pourrait être également utilisé pour administrer des médicaments, mais la technique n’avait pas été perfectionnée chez les souris et autres animaux de laboratoire », a déclaré le Dr Walczak, auteur principal de l’étude. « Étant donné que la plupart des recherches précliniques commencent avec des souris, il était essentiel de montrer comment effectuer correctement cette procédure chez ces animaux, afin que les scientifiques du monde entier puissent l’utiliser pour que leurs médicaments les acheminent vers le cerveau. Certains de ces médicaments finissent par atterrir chez les patients en tant que traitements bénéficiant à la société. »
Au fil des ans, certains scientifiques ont tenté d’introduire des médicaments dans le cerveau d’animaux de laboratoire en utilisant d’autres voies telles que l’injection directe dans le cerveau ou le liquide entourant le cerveau.
« Les chercheurs n’avaient aucun moyen de savoir si le médicament était arrivé là où il était censé aller au moment de l’expérience et certains chercheurs ont trouvé la procédure dangereuse chez les animaux », a déclaré le co-auteur, le Dr Janowski, et co-directeur avec le Dr. Walczak du programme de neurointerventions guidées par l’image.
Pour leur technique d’injection guidée par IRM spécifique, les chercheurs ont anesthésié une souris et inséré chirurgicalement le cathéter dans le cou dans l’artère carotide qui se dirige vers le cerveau (chez les humains, ils utilisent une artère dans l’aine ou la main sans intervention chirurgicale). Ensuite, ils ont placé la souris dans l’appareil d’IRM et ont effectué un scan, tandis qu’une pompe contrôlait avec précision la vitesse d’injection. Pour ouvrir la barrière hémato-encéphalique, les chercheurs ont utilisé une solution de mannitol (un type de sucre – une substance peu coûteuse actuellement utilisée chez les patients pour d’autres traitements) qui aspire essentiellement le liquide des cellules des parois des vaisseaux sanguins, ouvrant les joints entre ces cellules. Avant d’ouvrir la barrière, ils ont infusé du gadolinium – un agent de contraste utilisé dans les procédures médicales humaines – à travers le cathéter dans l’artère, leur permettant de voir si le matériau injecté est allé à sa bonne destination. Si l’injection ne fonctionnait pas, ils ajustaient les paramètres. Une fois les conditions optimisées, ils ont ouvert la barrière dans cette zone du cerveau. Ils ont utilisé cette approche dans plusieurs autres études ciblant des médicaments biotechnologiques, tels que des anticorps, sur le cerveau. Maintenant, les chercheurs espèrent que leur protocole détaillé aidera d’autres chercheurs à administrer le médicament de leur choix dans le cerveau de leurs modèles de souris préférés et éventuellement à aider les patients.
« Les procédures artérielles sont généralement guidées à l’aide de méthodes d’imagerie par rayons X, et cela ne vous permet de voir que la carte des autoroutes dans le cerveau, mais ces cartes ne sont pas assez détaillées si vous deviez aller au-delà jusqu’aux routes secondaires pour atteindre la forêt de les cellules du cerveau », a déclaré le Dr Janowski. « Nous pensons qu’en ajoutant l’IRM, nous avons comblé l’écart, à la fois dans les études animales et à l’avenir dans les essais cliniques, en fournissant le niveau de précision nécessaire pour ouvrir la porte du cerveau aux médicaments. »
Le doyen de la faculté de médecine de l’Université du Maryland, E. Albert Reece, MD, PhD, MBA, qui est vice-président exécutif pour les affaires médicales et professeur émérite John Z. et Akiko K. Bowers, a déclaré : « Perfectionner des techniques scientifiques de base comme celle-ci est la clé pour jeter les bases de l’avancement des options de traitement pour les nombreuses maladies du cerveau. Parfois, pour faire avancer la recherche clinique, nous devons d’abord revenir à l’essentiel.
Les autres auteurs de l’étude comprenaient les boursiers postdoctoraux Chengyan Chu, MD, Yue Gao, MD et Xiaoyan Lan, MD; Associée de recherche Anna Jablonska, PhD, Yajie Liang, MD, PhD, professeure adjointe de radiologie diagnostique et de médecine nucléaire, et Monica Pearl, MD, professeure agrégée adjointe de radiologie diagnostique et de médecine nucléaire à la faculté de médecine de l’Université du Maryland ; Wojciech Lesniak, PhD, et Guanshu Liu, PhD, de Johns Hopkins Medicine ; Shen Li, docteur en médecine de l’hôpital central municipal de Dalian, Chine ; et Tim Magnus, MD, PhD du University Medical Center Hamburg-Eppendorf, Allemagne.
Ce travail a été financé par le Maryland Stem Cell Research Fund (2017-MSCRFF-3942 et 2019-MSCRFF-5031) et des subventions du National Institute of Neurological Disorders and Stroke (R01NS091110, R01NS102675 et R21NS091599).
Le Dr Pearl, le Dr Janowski et le Dr Walczak sont les fondateurs et actionnaires d’IntraART. Le Dr Janowski et le Dr Walczak sont les fondateurs et actionnaires de Ti-Com.
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