Première mondiale : le cerveau dévoilé comme jamais grâce à l’IRM le plus puissant au monde


© CEA
Le CEA dévoile pour la première fois au monde, une série d’images de cerveau obtenue avec le scanner IRM Iseult, doté d’un champ magnétique inégalé de 11,7 teslas. Ce succès marque la concrétisation de plus de 20 années de R&D autour du projet Iseult dont l’objectif était de construire le scanner IRM le plus puissant au monde pour pouvoir imager à un niveau de résolution jamais atteint le cerveau humain, sain ou pathologique, et découvrir de nouveaux détails sur son anatomie, ses connexions et son activité.

PUBLIÉ LE 2 AVRIL 2024
       
Seulement quatre minutes ! C’est le temps qu’il a fallu pour acquérir certaines des plus belles images anatomiques de cerveau sur les volontaires qui ont participé au premier protocole mené sur l’IRM Iseult installé au CEA. Cet appareil, qui utilise l’imagerie par résonnance magnétique, est le plus puissant au monde avec son champ magnétique de 11,7 teslas. La résolution des images impressionne déjà pour un temps d’acquisition si court : 0,2 mm dans le plan et 1 mm en profondeur, ce qui représente un volume équivalent à quelques milliers de neurones seulement. A titre de comparaison, pour un même résultat d’image, il faudrait théoriquement plusieurs heures sur un IRM implanté à l’hôpital (1,5 ou 3 teslas), irréaliste pour le confort du patient et parce que ses mouvements « brouilleraient » l’image.

 
Coupes axiales de cerveau humain, à temps d’acquisition identique mais avec une intensité différente du champ magnétique. A 3 T, aimant d’IRM couramment utilisé dans les centres hospitaliers, et à 7 T, (seules 3 machines en France et une centaine dans le monde), la précision et la netteté sont moindres. A 3T, un nuage « granuleux » empêche de délimiter clairement les structures anatomiques du cerveau. A 7T, lorsque l’on zoome, le niveau de détail à cette résolution est amoindri. A 11,7 teslas, l’IRM Iseult, le seul actuellement en fonctionnement au monde à cette intensité, fournit un réservoir de signaux et de contrastes entre les tissus biologiques qui permet une exploration plus fine du cerveau humain. © CEA



En atteignant des résolutions aussi fines, il sera possible d’accéder à des informations sur les neurones jusque-ici inatteignables, et de comprendre comment notre cerveau encode nos représentations mentales, nos apprentissages ou encore de découvrir quelles sont les signatures neuronales de l’état de conscience.

 
Coupe sagittale du cerveau (traversant le cerveau d’avant en arrière). Cette coupe permet de voir de façon très fine et détaillée le cervelet avec ses nombreuses ramifications. Le cervelet est impliqué dans le contrôle de la fonction motrice et pourrait avoir un rôle dans le contrôle cognitif et émotionnel. Des anomalies de structure pourraient être associées à des troubles psychiatriques telles que la schizophrénie, les troubles bipolaires, … Son étude avec l’IRM à 11,7 Teslas devrait permettre d’apporter un regard nouveau sur cette région et son rôle dans ces maladies. © CEA


Comprendre Alzheimer, Parkinson, les troubles psychiatriques
Les détails qui seront obtenus avec l’IRM Iseult auront des applications en recherche médicale.
D’une part les informations anatomiques ultra-fines participeront à établir un meilleur diagnostic et une meilleure prise en charge de maladies neurodégénératives telles que les maladies d’Alzheimer ou de Parkinson.
D’autre part, l’IRM Iseult va faciliter la détection de signaux faibles, peu exploités à bas champ tel que :
*         celui du lithium, médicament utilisé pour traiter les troubles bipolaires ; il sera ainsi possible d’évaluer précisément sa distribution dans le cerveau et de mieux comprendre son efficacité. 
*        
*         ceux de petites molécules activement impliquées dans le métabolisme cérébral, comme le glucose et le glutamate ; ce type d’informations contribuera directement à la caractérisation de nombreuses pathologies cérébrales (gliome, neurodégénérescence…)


Avec Iseult, c’est un monde inconnu qui s’ouvre devant nous et nous avons hâte de l’explorer. Plusieurs années de recherche vont être encore nécessaires pour développer et améliorer nos méthodes d’acquisition et garantir des données de la meilleure qualité possible. C’est à l’horizon 2026-2030 qu’on cherchera à explorer certaines pathologies neurodégénératives, mais aussi des maladies qui relèvent davantage de la psychiatrie, comme la schizophrénie ou les troubles bipolaires. Sans oublier les sciences cognitives ! », Nicolas Boulant, responsable du projet Iseult et directeur de recherche au CEA
Concrétisation d’un projet visionnaire et hors norme
Le projet a fédéré près de 200 personnes, du CEA mais aussi de partenaires industriels et académiques :
*         Alstom devenu GE, pour la fabrication de l’aimant ;
*         Siemens Healthcare pour l’installation des composants complémentaires du système d’imagerie par résonance magnétique ;
*         Guerbet, fabricant d’agents de contraste, qui a utilisé la plateformes d’IRM à très haut champ du CEA pour évaluer et sélectionner des molécules à fort potentiel d’application chez l’Homme ;
*         L’université de Freiburg en Allemagne pour le développement de nouvelles technologies et méthodes pour l’IRM à ultra haut champ.  


C’est une grande fierté de voir se concrétiser un projet de R&D de presque 20 ans. La force du CEA a été de réunir en un lieu unique des compétences pluridisciplinaires pour définir ce projet, et mobiliser le savoir-faire technologique dans les aimants supraconducteurs, développé pour d’autres disciplines du CEA. Ainsi, les neuroscientifiques, physiciens, mathématiciens et médecins ont pu, ensemble, développer les outils et les modèles permettant de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau normal et pathologique et permettre de repousser les limites de l’exploration du cerveau » précise Anne-Isabelle Etienvre, Directrice de la recherche fondamentale au CEA.

Chiffres clés de l'IRM le plus puissant au monde

*         11,7 teslas (T), son champ magnétique (1,5 et 3 T pour les IRM en service dans les hôpitaux)
*         aimant de 132 tonnes, 5 m de long, 5 m de diamètre
*         182 km de fils supraconducteurs
*         1 500 ampères circulant dans la bobine
*         Aimant refroidi à - 271,35 °C grâce à 7 500 litres d’hélium liquide
*         90 cm d’ouverture centrale
*         5 heures pour une montée en courant

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Programmer des comportements cellulaires complexes devient possible

*         PUBLIÉ LE : 09/04/2019 TEMPS DE LECTURE : 3 MIN ACTUALITÉ, SCIENCE

La programmation de populations de cellules vivantes permettrait d’effectuer des tâches complexes dans de nombreux domaines de santé : diagnostic, thérapies ou encore ingénierie de tissus et de matériaux. A Montpellier, des chercheurs du Centre de biochimie structurale (CBS) viennent de développer un nouveau type de circuits génétiques qui permet justement de programmer des opérations complexes à l’échelle d’un groupe de bactéries.
Contrôler l’action de cellules à des fins diagnostiques ou thérapeutiques est déjà une réalité. Les scientifiques savent par exemple modifier des lymphocytes T d’un patient pour les « dresser » contre sa tumeur. Mais ce travail est hautement spécifique, applicable à un type de cellules et pour une indication particulière. Une équipe Inserm propose aujourd’hui d’aller beaucoup plus loin dans la biologie synthétique, grâce à un nouveau système de circuits génétiques contrôlables de l’extérieur et permettant de générer des fonctions complexes. Ce système automatisé est à priori utilisable pour tous types d’applications. Un peu à l’image d’un logiciel informatique qui permet d’effectuer des tâches variées selon les souhaits des utilisateurs.
Concrètement, le laboratoire de Biologie synthétique, codirigé par de Jérôme Bonnet au Centre de biochimie structurale de Montpellier*, incorpore dans des bactéries de l’ADN synthétique permettant de reprogrammer leur comportement. Cet ADN porte des séquences indépendantes, sensibles à des signaux extérieurs différents, qui contrôlent l’expression d’enzymes pouvant eux-mêmes activer ou au contraire inhiber certains gènes. Ces séquences sont organisées de façon logique afin d’obtenir des réponses variées en fonction de la combinaison des signaux extérieurs utilisée. « Nous nous sommes inspirés des systèmes électroniques, qui grâce à une combinaison de signaux binaires – 0 et 1 – permettent d’aboutir à des fonctions variées, explique Jérôme Bonnet. En outre, pour démultiplier les possibilités, nous ne demandons pas à une seule cellule d’effectuer un programme complexe : nous divisons le travail entre plusieurs souches bactériennes, chacune effectuant une partie du programme. Nous exploitons ainsi la puissance des bactéries à travailler de manière collective en milieu naturel ».

14 populations de bactéries et 65 000 programmes possibles
Pour prouver que cette approche fonctionne, le laboratoire a construit 14 bactéries différentes, chacune capable d’exécuter un « sous-programme » spécifique, dont il est possible de suivre l’exécution grâce à l’utilisation de gènes témoins produisant des protéines fluorescentes. En associant ces souches selon différentes combinaisons, ce sont plus de 65 000 possibilités d’activation ou d’inhibition de gènes qui peuvent être obtenues selon les signaux extérieurs appliqués (à ce stade, les signaux utilisés sont l’administration d’antibiotiques et de sucres).
Une autre caractéristique importante de ce travail est qu’il autorise l’automatisation de ce système pour obtenir la fonction souhaitée. Il repose en effet sur un algorithme qui génère les séquences d’ADN du circuit génétique selon les désidératas du chercheur. « Jusqu’à présent, la plupart des circuits biologiques étaient conçus sur mesure, ce qui rendait leur élaboration lente et réservée à un petit nombre d’initiés. A l’inverse, nos circuits génétiques multicellulaires peuvent être générés de manière automatisée, en fonction des besoins des utilisateurs à partir de l’outil CALIN, disponible en ligne. Notre but est vraiment de démocratiser la bioprogrammation », explique Sarah Guiziou, l’auteure principale de ce travail. « Nous avons créé un système logique garantissant une réponse prévisible. Maintenant les chercheurs peuvent l’utiliser pour des applications particulières ».
Le laboratoire montpelliérain entend utiliser ce système pour développer des bactéries à visée thérapeutique. « Le microbiote a un rôle essentiel pour la santé, ajoute la chercheuse. Nous pourrions modifier des bactéries de la flore intestinale pour leur permettre de détecter des marqueurs et activer des processus thérapeutiques afin de lutter par exemple, contre les maladies métaboliques. Autre exemple, des bactéries se logent dans des tumeurs immunodéprimées et y sont à l’abri du système immunitaire. Il serait intéressant de les programmer pour détruire les cellules cancéreuses ».

Note :
*unité 1054 Inserm/CNRS/Université de Montpellier, Centre de biochimie structurale, Montpellier
Source : S Guiziou et coll, Hierarchical composition of reliable recombinase logic devices. Nature Communications, édition en ligne du 28 janvier 2019, https://doi.org/10.1038/s41467-019–08391‑y

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Hépatite B : identification d’une nouvelle molécule produite par les cellules hôtes favorisant l’infection

05 JUIN 2020 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE) | IMMUNOLOGIE, INFLAMMATION, INFECTIOLOGIE ET MICROBIOLOGIE

Malgré l’existence d’un vaccin efficace, l’hépatite B chronique représente un problème de santé majeur avec 250 millions de personnes touchées dans le monde, l’infection étant responsable de nombreux cancers du foie. Les traitements actuels ne permettent pas d’en guérir, mais réduisent la progression de la maladie.
Une équipe de recherche coordonnée par Thomas Baumert et Eloi Verrier (Institut de Recherche sur les Maladies Virales et Hépatiques, Unité mixte Inserm, Université de Strasbourg) a réussi à identifier une nouvelle molécule favorisant le développement du virus dans les cellules infectées, qui pourrait, à l’avenir, ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques. Les résultats de ces travaux, soutenus par l’ANRS, ont été publiés dans Nature Communications le 1er juin 2020.

Les interactions entre le virus de l’hépatite B (VHB) et sa cellule hôte ne sont pas encore totalement élucidées. Pour améliorer ces connaissances, les chercheurs se sont intéressés à deux lignées de cellules de tumeurs primitives du foie humaines cultivées in vitro : Huh-106 et HepG2. Elles expriment toutes deux le récepteur du VHB, mais la lignée Huh-106 est peu sensible à l’infection en comparaison à la lignée HepG2. Pour découvrir les facteurs qui confèrent cette protection aux cellules Huh-106, les chercheurs ont utilisé la technique de biologie moléculaire appelée « gain de fonction » et ont ainsi identifié plusieurs candidats possibles, dont le gène CDKN2C qui est fortement exprimé dans les cellules de la lignée HepG2. Lorsque les cellules de la lignées Huh-106 sur-expriment ce gène, elles deviennent à leur tour sensibles à l’infection par le VHB. De même, si l’on empêche l’expression du gène CDKN2C dans la lignée HepG2, les cellules sont peu infectées par le VHB.

Les chercheurs ont poursuivi leurs investigations afin de comprendre comment l’expression de ce gène affecte le cycle de vie du virus. CDKN2C code pour l’inhibiteur de la kinase cycline-dépendante 2C, qui déclenche une cascade de signalisation aboutissant à l’interruption du cycle cellulaire de la cellule hôte. Cet arrêt actionne les facteurs de transcription liés au VHB, la cellule hôte produit alors plus d’ARN viral, corroborant des travaux précédents ayant montré que le VHB se repliquait davantage dans des cellules quiescentes.

En outre, les chercheurs se sont aperçus que le VHB induisait l’expression de CDKN2C et que l’expression de CDKN2C chez des patients est associée à la progression des maladies chroniques du foie, dont le carcinome hépatocellulaire (CHC), et à une survie plus faible à long terme chez les patients atteints de CHC. Ainsi, les résultats de cette étude montrent que les traitements contre les cancers faisant appel à des inhibiteurs des CDK4/6 pourraient activer le virus et représenter un risque pour les patients porteurs du VHB.

Les auteurs de cet article ont donc mis en évidence pour la première fois le rôle-clé de CDKN2C dans les cellules hôtes du VHB, susceptible de représenter une cible prometteuse pour de futurs traitements.


Plus largement, « grâce à cette découverte, de meilleurs modèles permettant l’étude des interactions entre le virus et ses cellules hôtes pourraient être développés », conclut l’équipe de Thomas Baumert et Eloi Verrier.

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L'anévrisme cérébral
Qu'est-ce qu'un anévrisme cérébral?

L'anévrisme cérébral apparaît lorsque la paroi d'une artère intracrânienne se dilate de façon anormale, ce qui crée une poche de sang. Il est souvent provoqué par une faiblesse du tissu vasculaire, mais il peut aussi survenir plus tard dans la vie en raison d'une maladie, d'un traumatisme crânien, de la prise de contraceptifs oraux ou de certaines habitudes de vie (tabagisme, consommation excessive d'alcool). Les élévations subites de la pression en cas de stress, d'orgasme ou d'exercice physique intense peuvent servir de déclencheur.
Entre 2 et 4% de la population serait porteuse d'un anévrisme cérébral, selon plusieurs études. Sa découverte se fait le plus fréquemment entre 35 et 60 ans et un peu plus souvent chez la femme. Le risque de rupture d’un anévrisme est très faible: il concerne environ 1/10'000 habitants/an.

Quels sont les symptômes?
Lorsque qu’un anévrisme n’a pas encore rompu, sa détection se fait en général fortuitement, lors d’un examen radiologique (CT-scan ou IRM) pour un tout autre problème. Bien que certaines personnes puissent ressentir diverses sortes de dérangements (maux de têtes localisés, problèmes visuels), l'anévrisme cérébral non rompu ne génère normalement pas de symptômes. Lorsque la paroi d’une artère intracrânienne affaiblie se fissure ou se rompt, cela génère une hémorragie intracérébrale plus ou moins importante et dramatique. On parle alors d'anévrisme cérébral rompu ou de rupture d’anévrisme.
Selon l’ampleur et l'emplacement de l’hémorragie, les symptômes ne sont pas de même intensité ni de même gravité. Lorsqu'elle est peu abondante, une raideur de nuque peut être la seule manifestation observée. Par contre, si l'hémorragie est massive, elle débouchera sur un coma, voire même la mort.
Typiquement, le ou la patient-e commencera par voir apparaître des maux de têtes exceptionnellement violents, accompagnés ou non d'une perte de conscience. Des nausées, des vomissements et une intolérance à la lumière représentent d'autres signes annonciateurs. Certain-e-s patient-e-s se plaignent de maux de têtes quelques jours ou quelques heures avant la rupture de l’anévrisme. Ce type de douleur est appelé les céphalées sentinelles, puisqu’elles annoncent l’hémorragie à venir.

Quelles sont les mesures diagnostiques?
Le diagnostic d’un anévrisme cérébral peut prendre différentes formes:
*         CT-scan
*         CT-angio
*         Ponction lombaire
*         Angiographie cérébrale ou artériographie
*         IRM couplée à l’angiographie par résonance magnétique (ARM)
*
Comment se déroule le traitement?
L'anévrisme nécessite une prise en charge rapide. Le risque de resaignement est majeur, surtout dans les premiers jours après l'hémorragie. Il atteint 40 à 50% durant les six mois suivants. Le traitement consiste à limiter les répercussions de l’hémorragie et ses complications, ainsi qu'à éviter une récidive en traitant directement l’anévrisme rompu. Lorsqu'il n'a pas encore atteint ce stade, le traitement a pour but de prévenir l’hémorragie. Dans ce cas, le risque de saignement varie selon sa taille et sa localisation, mais en règle générale il est estimé à environ 1%.
Les deux principales méthodes utilisées pour exclure l’anévrisme de la circulation sanguine sont la chirurgie et le traitement endovasculaire en neuroradiologie (stent et embolisation).
A écouter
Le point sur l'anévrisme, interview du Pr. tience, RTS, 9 juin 2011Roy Daniel
L'anévrisme cérébral
Qu'est-ce qu'un anévrisme cérébral?

L'anévrisme cérébral apparaît lorsque la paroi d'une artère intracrânienne se dilate de façon anormale, ce qui crée une poche de sang. Il est souvent provoqué par une faiblesse du tissu vasculaire, mais il peut aussi survenir plus tard dans la vie en raison d'une maladie, d'un traumatisme crânien, de la prise de contraceptifs oraux ou de certaines habitudes de vie (tabagisme, consommation excessive d'alcool). Les élévations subites de la pression en cas de stress, d'orgasme ou d'exercice physique intense peuvent servir de déclencheur.
Entre 2 et 4% de la population serait porteuse d'un anévrisme cérébral, selon plusieurs études. Sa découverte se fait le plus fréquemment entre 35 et 60 ans et un peu plus souvent chez la femme. Le risque de rupture d’un anévrisme est très faible: il concerne environ 1/10'000 habitants/an.

Quels sont les symptômes?
Lorsque qu’un anévrisme n’a pas encore rompu, sa détection se fait en général fortuitement, lors d’un examen radiologique (CT-scan ou IRM) pour un tout autre problème. Bien que certaines personnes puissent ressentir diverses sortes de dérangements (maux de têtes localisés, problèmes visuels), l'anévrisme cérébral non rompu ne génère normalement pas de symptômes. Lorsque la paroi d’une artère intracrânienne affaiblie se fissure ou se rompt, cela génère une hémorragie intracérébrale plus ou moins importante et dramatique. On parle alors d'anévrisme cérébral rompu ou de rupture d’anévrisme.
Selon l’ampleur et l'emplacement de l’hémorragie, les symptômes ne sont pas de même intensité ni de même gravité. Lorsqu'elle est peu abondante, une raideur de nuque peut être la seule manifestation observée. Par contre, si l'hémorragie est massive, elle débouchera sur un coma, voire même la mort.
Typiquement, le ou la patient-e commencera par voir apparaître des maux de têtes exceptionnellement violents, accompagnés ou non d'une perte de conscience. Des nausées, des vomissements et une intolérance à la lumière représentent d'autres signes annonciateurs. Certain-e-s patient-e-s se plaignent de maux de têtes quelques jours ou quelques heures avant la rupture de l’anévrisme. Ce type de douleur est appelé les céphalées sentinelles, puisqu’elles annoncent l’hémorragie à venir.

Quelles sont les mesures diagnostiques?
Le diagnostic d’un anévrisme cérébral peut prendre différentes formes:
*         CT-scan
*         CT-angio
*         Ponction lombaire
*         Angiographie cérébrale ou artériographie
*         IRM couplée à l’angiographie par résonance magnétique (ARM)
*
Comment se déroule le traitement?
L'anévrisme nécessite une prise en charge rapide. Le risque de resaignement est majeur, surtout dans les premiers jours après l'hémorragie. Il atteint 40 à 50% durant les six mois suivants. Le traitement consiste à limiter les répercussions de l’hémorragie et ses complications, ainsi qu'à éviter une récidive en traitant directement l’anévrisme rompu. Lorsqu'il n'a pas encore atteint ce stade, le traitement a pour but de prévenir l’hémorragie. Dans ce cas, le risque de saignement varie selon sa taille et sa localisation, mais en règle générale il est estimé à environ 1%.
Les deux principales méthodes utilisées pour exclure l’anévrisme de la circulation sanguine sont la chirurgie et le traitement endovasculaire en neuroradiologie (stent et embolisation).
A écouter
Le point sur l'anévrisme, interview du Pr. Roy Daniel
Emission Impatience, RTS, 9 juin 2011

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