Comment les vaisseaux sanguins se développent dans le cerveau

Les vaisseaux sanguins sont essentiels pour l'approvisionnement du corps en oxygène et en nutriments. Ils forment un système de transport par lequel le sang est acheminé vers les différents organes et cellules. Dans le cadre de sa thèse de doctorat en sciences naturelles au Département des sciences et technologies de la santé (D-HEST) de l'ETH Zurich, le médecin Thomas W?lchli a étudié les processus complexes de formation des vaisseaux sanguins dans le cerveau, l'un des organes les plus irrigués du corps.

Pour son travail, il a perfectionné un procédé de microscopie de telle sorte qu'il permette de distinguer les vaisseaux sanguins en cours de formation et non encore irrigués de ceux qui le sont dans le cerveau et de les représenter en trois dimensions. C'est important parce que les parties non irriguées des vaisseaux sont encore en croissance. Et c'est justement ce processus de croissance qui pourrait offrir à l'avenir des possibilités de traitement des tumeurs cérébrales.

R?le différent des vaisseaux sanguins

Les vaisseaux sanguins remplissent plusieurs fonctions dans l'espace cérébral. Leur t?che principale est d'approvisionner le tissu cérébral en oxygène. Mais ils jouent également un r?le décisif dans des maladies telles que les accidents vasculaires cérébraux, les hémorragies cérébrales et les tumeurs. Alors que les nouveaux vaisseaux contribuent à la guérison après un accident vasculaire cérébral ou une hémorragie cérébrale, les vaisseaux sanguins ont l'effet inverse en cas de tumeur. "Ils alimentent les cellules tumorales en nutriments et en oxygène et favorisent ainsi la croissance de la tumeur", explique le Dr W?lchli. Il aimerait pouvoir contrer cela à l'avenir. Car en tant que médecin assistant en neurochirurgie à l'H?pital universitaire de Zurich, il a souvent affaire à des patients atteints de tumeurs cérébrales.

Pour sa thèse de doctorat, W?lchli a étudié le développement des vaisseaux sanguins dans le cerveau de souris dans les jours qui suivent la naissance. C'est durant cette phase que la formation des vaisseaux sanguins est la plus active. Avec l'?ge, de moins en moins de nouveaux vaisseaux sanguins sont formés jusqu'à ce que la formation de vaisseaux sanguins soit pratiquement au repos dans le cerveau adulte et sain.

Le processus de développement se déroule en premier lieu de manière à ce que de nouveaux vaisseaux se développent à partir de ceux déjà existants. A l'extrémité d'une nouvelle branche vasculaire se trouve une cellule dite "tip" qui, avec ses prolongements cellulaires en forme de doigts (filopodes), sonde en quelque sorte le tissu environnant à la recherche de signaux. En fonction des rétroactions mécaniques et métaboliques ainsi que d'autres facteurs qui n'ont pas encore été entièrement étudiés, la cellule Tip dirige le bourgeon vasculaire en croissance à travers le tissu et fusionne finalement avec un autre vaisseau - une nouvelle branche vasculaire vascularisée se développe.

Rendre les vaisseaux sanguins visibles

La méthode dite d'immunofluorescence développée par Thomas W?lchli et ses collègues de l'ETH, de l'Université et de l'H?pital universitaire de Zurich permet désormais, pour la première fois, de visualiser précisément et surtout simultanément les vaisseaux irrigués ainsi que les vaisseaux non irrigués, y compris les cellules Tip, dans une préparation tissulaire. "L'idée était de combiner la technique existante de représentation des vaisseaux irrigués avec la visualisation des cellules Tip", rapporte W?lchli.

La méthode fonctionne ainsi : Dans un premier temps, les scientifiques rendent les vaisseaux sanguins irrigués visibles à l'aide du bleu d'Evans. Il s'agit d'un colorant qui se lie à l'albumine, une protéine présente dans le plasma sanguin. Dans un deuxième temps, les vaisseaux non irrigués sont mis en évidence dans la préparation cérébrale à l'aide d'un colorant fluorescent qui se lie aux cellules de la paroi des vaisseaux sanguins (cellules endothéliales). Un microscope à fluorescence dit confocal permet ainsi d'obtenir des images tridimensionnelles riches en détails et en contrastes. Ces images sont si précises qu'elles permettent de déterminer le stade de développement de chaque vaisseau.

A l'aide de la stéréologie, une méthode mathématique d'analyse d'images en trois dimensions, W?lchli a en outre pu calculer avec précision le volume, la longueur ainsi que le nombre de ramifications des vaisseaux - et ce aussi bien pour les vaisseaux irrigués que pour les nouveaux vaisseaux en formation. De plus, la technique permet une analyse précise des cellules de la pointe, y compris le nombre et la longueur des filopodes.

Un outil pour la recherche sur le cancer

Cette méthode devrait à l'avenir faciliter les travaux de recherche sur les molécules de signalisation qui favorisent ou inhibent la formation des vaisseaux sanguins. Elle pourrait ainsi contribuer à trouver des thérapies pour les maladies dans lesquelles la formation de vaisseaux sanguins joue un r?le. "En effet, de nombreuses molécules et voies de signalisation importantes pour la croissance des vaisseaux sanguins pendant le développement du cerveau sont réactivées pendant la croissance des tumeurs cérébrales et la régénération après un accident vasculaire cérébral", explique le médecin.

W?lchli est actuellement médecin assistant à la clinique de neurochirurgie de l'H?pital universitaire de Zurich et chef de groupe junior aux centres de médecine régénérative et de neurosciences de l'Université et de l'H?pital universitaire de Zurich, respectivement de l'ETH Zurich. Avec ses collègues, il est en train de développer la méthode de manière à pouvoir caractériser la croissance des vaisseaux sanguins dans les tumeurs cérébrales. Cela serait utile pour la recherche de médicaments qui attaquent les vaisseaux sanguins dans la tumeur, mais pas dans le tissu cérébral sain.