« Alors que le rôle des vaisseaux sanguins du cerveau est de plus en plus reconnu dans la recherche sur la démence, les modèles qui décrivent leur fonctionnement normal dans les cerveaux humains font défaut. Dans le but de combler cette lacune, mon laboratoire a conçu par bio-ingénierie un modèle vasculaire humain. Les scientifiques seront en mesure de l’utiliser pour répondre à un large éventail de questions, de la recherche fondamentale à la recherche translationnelle, et pour mettre au point de nouveaux médicaments. » Dre Cheryl Wellington
À chaque battement de cœur, un quart de l’approvisionnement en sang de l’organisme s’écoule vers le cerveau.
Ce processus, connu sous le nom de débit sanguin cérébral, apporte de l’oxygène, des sucres simples et des nutriments aux neurones du cerveau. En retour, les veines transportent le sang désoxygéné vers le cœur, chargées de déchets comme le dioxyde de carbone, les produits métaboliques et, un composé organique de grande importance dans la maladie d’Alzheimer, les peptides bêta-amyloïdes.
L’efficacité de la circulation sanguine au cerveau dépend d’un certain nombre de facteurs, y compris la grosseur des vaisseaux sanguins, la densité du sang (sang plus épais ou plus clair), et la pression sanguine générale au cerveau. Trop ou tro
p peu de sang qui s’écoule vers le cerveau peut endommager les tissus du cerveau, selon les docteurs Cheryl Wellington et Jérôme Robert, qui dirigent une équipe de chercheurs au sein du Consortium canadien en neurodégénérescence associée au vieillissement.
Reconnaissant la nécessité de protéger les tissus du cerveau, les chercheurs ont privilégié la mise au point de techniques destinées à favoriser la bonne circulation sanguine. Bien que leurs découvertes peuvent offrir de nouvelles façons de traiter les maladies du cerveau, y compris la démence, « un important frein aux progrès dans ce domaine est qu’il y aucune ou très peu de méthodes disponibles pour l’étude des vaisseaux sanguins du cerveau en dehors des modèles animaux », explique la docteure Wellington.
« Même si les vaisseaux sanguins sont faits de différents types de cellules, la majorité des études utilisent un seul type de cellules cultivées dans un tube à essai. Certains chercheurs essaient de combiner deux types de cellules de vaisseaux sanguins ou plus. Étant donné que les cellules isolées sont très différentes de celles que l’on retrouve dans un vaisseau sanguin intact, l’autre option consiste à étudier les vaisseaux sanguins intacts dans un modèle de souris. Cependant, puisque les souris ne reproduisent pas toujours fidèlement ce qui se passe dans le corps humain, les résultats pourraient ne pas contribuer à concevoir des traitements efficaces pour la démence chez les êtres humains », a déclaré la docteure Wellington.
Les docteurs Wellington et Robert se sont démarqués en faisant des progrès considérables dans le développement de vaisseaux sanguins en trois dimensions dans des tubes à essai, dérivés de cellules individuelles d’êtres humains. Plus précisément, grâce à la technologie d’ingénierie tissulaire, l’équipe a développé une plateforme expérimentale qui peut servir de fondement à de nombreux types d’études sur les vaisseaux sanguins du cerveau humain.
L’ingénierie tissulaire est un domaine relativement nouveau de la médecine régénérative dans laquelle des organes fonctionnels en trois dimensions sont cultivés dans un tube à essai à partir de différentes composantes cellulaires. Des vaisseaux sanguins humains conçus par ingénierie sont déjà utilisés en clinique pour les pontages chirurgicaux et chez les patients qui ont besoin de dialyse à vie. Ce qui est intéressant, c’est que l’équipe a créé le premier modèle de vaisseau sanguin cérébral (vaisseau sanguin du cerveau) conçu par ingénierie tissulaire. Ils y sont arrivés en imaginant une façon de concevoir des vaisseaux qui sont entourés par des astrocytes, un type particulier de cellules du cerveau qui entourent naturellement les vaisseaux sanguins du cerveau.
Leur plateforme qui repose sur un modèle humain — et qui permet d’effectuer des expériences non effractives et mécanistes — peut servir à faire le lien entre les études in vitro, les études avec un modèle animal et les études cliniques.
Pour citer la docteure Wellington :
« L’importance de nos travaux repose sur notre capacité à offrir une plateforme permettant de faciliter l’étude de composés dérivés du sang et du cerveau impliqués dans les maladies neurodégénératives, et favoriser aussi la découverte et la mise au point de médicaments. Dans un proche avenir, nous serons en mesure de modifier chaque paramètre du vaisseau — comme le type de cellules, la matrice ou le débit — indépendamment des autres composantes vasculaires pour mieux comprendre leur rôle dans le développement et la physiopathologie de la maladie. Notre nouveau modèle de vaisseau sanguin humain offre donc un potentiel d’innovation soutenue considérable qui permettra de déterminer la façon dont les facteurs de risque vasculaires affectent le fonctionnement du cerveau. »