Application de l'ASL à plusieurs boli pondérés en diffusion à un modèle murin de la trypanosomiase humaine africaine

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8684 (2023) Citer cet article

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La trypanosomiase humaine africaine (THA) est une maladie parasitaire originaire d'Afrique subsaharienne. Il existe peu d'informations sur les modifications de la barrière hémato-encéphalique (BHE) au cours de cette infection. Cette étude est la première à appliquer l'ASL pondérée en diffusion (DWASL) pour examiner les changements dans la déficience BBB. Aucun changement significatif dans l'échange d'eau à travers la BHE n'a été trouvé pendant l'infection, même lorsqu'une perte d'intégrité de la barrière a été observée à l'aide de l'IRM à contraste amélioré (Gd-DTPA) au cours du stade avancé de la maladie. De plus, en utilisant plusieurs boli ASL (mbASL), des changements dans le flux sanguin cérébral (CBF) ont été trouvés au cours de l'infection. Dans l'ensemble, cette étude met en évidence la nécessité d'une étude plus approfondie de la BHE pendant l'infection par la THA pour comprendre les mécanismes complexes à l'origine de la déficience.

La trypanosomiase humaine africaine (THA), également connue sous le nom de maladie du sommeil, est une maladie parasitaire originaire d'Afrique subsaharienne. La maladie est causée par une infection par les parasites protozoaires Trypanosoma brucei gambiense (T. b. gambiense) ou Trypanosoma brucei rhodesiense (T. b. rhodesiense), qui se transmet par la piqûre de la mouche tsé-tsé1. Les deux souches de la maladie peuvent être mortelles si elles ne sont pas diagnostiquées et traitées par chimiothérapie. La majorité des cas de THA, environ 97 %, proviennent de T. b. gambiense, les 3 % restants étant causés par T. b. rhodesiense. T. b. gambiense se trouve principalement en Afrique de l'Ouest et peut durer plusieurs années avant de mourir, alors que T. b. rhodesiense est une infection aiguë trouvée en Afrique de l'Est, qui dure des semaines à des mois2. La maladie peut être classée en deux stades après l'infection : le stade précoce ou hémolymphatique et le stade tardif ou encéphalitique. Au stade précoce, le parasite prolifère dans le sang, les ganglions lymphatiques et les principaux organes tels que la rate, les reins et le foie. Le stade tardif survient lorsque le parasite a traversé la barrière hémato-encéphalique (BHE) et s'est établi dans le système nerveux central (SNC).

La barrière hémato-encéphalique joue un rôle crucial dans le système nerveux central (SNC) en maintenant l'homéostasie du cerveau et en régulant les échanges entre le sang et le cerveau3. La méthode par laquelle les parasites infiltrent le SNC n'est actuellement pas entièrement comprise, mais on sait que des trypanosomes sont présents dans le cerveau pendant l'infection4. Des études ont examiné la relation entre les trypanosomes dans le cerveau et la déficience de la barrière5,6, mais aucune corrélation n'a été trouvée. Une étude de Philip et al.6 a montré une altération croissante de la BHE dans des zones localisées en utilisant un colorant fluorescent dans les derniers stades de l'infection, mais la présence de trypanosomes n'était pas corrélée à ces zones. Une autre étude de Mulenga et al.7 a en outre montré la relation compliquée entre la BHE et les trypanosomes. Dans un modèle de HAT chez le rat, la coloration à l'occludine et au ZO-1 n'a suggéré aucun dommage à l'intégrité des jonctions serrées, mais des trypanosomes ont été détectés dans le cerveau.

Il y a une réponse neuro-inflammatoire lorsque la maladie entre dans le stade tardif où il y a présence de cellules inflammatoires, notamment des macrophages, des lymphocytes et des plasmocytes. Ces cellules infiltrent les méninges, avec une inflammation supplémentaire des vaisseaux parenchymateux et, enfin, une encéphalite. De plus, il y a activation des astrocytes et des cellules microgliales. Les astrocytes, qui fournissent un support aux cellules endothéliales, aident à faciliter le passage de l'eau dans le cerveau, grâce aux canaux AQP4 sur les pieds terminaux des astrocytes. Ces protéines jouent un rôle majeur dans le passage de l'eau dans le tissu cérébral8,9.

L'altération de la BHE se retrouve dans de nombreuses maladies neurologiques majeures, notamment les accidents vasculaires cérébraux, le cancer, la maladie d'Alzheimer et la sclérose en plaques. L'étalon-or actuel pour l'imagerie de la déficience BBB in vivo est l'imagerie par résonance magnétique à contraste amélioré (CE-MRI). Par l'injection intraveineuse d'un agent de contraste, généralement à base de gadolinium (Gd-DPTA), l'altération de la BHE peut être examinée à l'aide d'une série d'images pondérées en T1. L'agent de contraste est incapable de traverser une BHE intacte mais peut traverser une barrière altérée entraînant un signal hyperintense sur les images pondérées en T1. L'EC-MRI peut être utilisée pour détecter des changements modérés à sévères dans l'intégrité de la barrière, mais elle n'a pas la sensibilité nécessaire pour détecter les changements subtils, par exemple comme on le voit dans les études sur la démence, les accidents vasculaires cérébraux aigus et l'invasion de gliomes10,11,12. De plus, des recherches récentes ont signalé des problèmes de dépôt de gadolinium dans l'organisme13,14,15, ce qui soulève des questions sur l'utilisation clinique continue d'agents de contraste exogènes. Des recherches antérieures ont examiné les changements de BBB chez des souris infectées par HAT en utilisant CE-MRI16. Rodgers et al. ont trouvé une différence significative dans l'amélioration du signal à partir du jour 14 après l'infection. De plus, cette amélioration du signal a augmenté au jour 21 et au jour 28 après l'infection5, indiquant une nouvelle détérioration de la barrière au fur et à mesure que la maladie progressait du stade précoce au stade tardif.

L'étiquetage de spin artériel (ASL) est une technique d'IRM non invasive qui peut être utilisée pour mesurer le débit sanguin cérébral (CBF). En utilisant l'eau du sang artériel comme traceur endogène, des images pondérées par perfusion peuvent être acquises, qui peuvent être converties en cartes CBF à l'aide d'un modèle cinétique adapté. L'eau du sang est étiquetée dans la région du cou lorsqu'elle se déplace vers le cerveau avant qu'une image ne soit prise. Une autre image est prise sans cet étiquetage et la soustraction des deux images fournit la pondération de la perfusion. Il existe deux principaux types d'ASL, à savoir l'ASL pulsée (PASL) et l'ASL (pseudo-) continue (pCASL/CASL). L'ASL a un SNR intrinsèquement faible et plusieurs séquences ont été développées et mises en œuvre à la fois cliniquement et précliniquement pour tenter d'augmenter le SNR et d'améliorer l'imagerie ASL17,18,19. Une méthode ASL nouvellement développée, multiple boli ASL (mbASL), utilise un train d'impulsions adiabatiques pour étiqueter le sang artériel. Lorsque mbASL a été comparé à la séquence PASL FAIR standard sur des scanners précliniques, il a montré un SNR20 plus élevé. Pour créer des cartes CBF à l'aide de mbASL, un modèle de quantification basé sur le modèle Buxton PASL21 a été développé22.

L'ASL pondérée en diffusion (DWASL) est une séquence MR émergente qui combine l'ASL avec une paire de gradients de diffusion23,24. Cette combinaison permet au signal ASL d'être séparé en eau sanguine marquée qui reste dans les artérioles/capillaires (intravasculaire) et en eau sanguine marquée qui a été échangée à travers la BHE dans le parenchyme cérébral (extravasculaire). Le DWASL a été appliqué à plusieurs affections neurologiques, telles que l'apnée du sommeil25, l'AVC ischémique26 et les tumeurs cérébrales24. La technique permet de sonder la « pseudo-perméabilité ». La BHE peut être considérée comme un matériau poreux perméable en raison des cellules endothéliales ayant des jonctions étroites entre elles. La définition traditionnelle de la perméabilité est la loi de Darcy,

où le débit (q) d'un fluide (viscosité, µ) à travers un milieu poreux (longueur, L) est dû à un différentiel de pression (\(\Delta P).\) Ici, la perméabilité (k) est la constante de proportionnalité détermination du débit. De toute évidence, une mesure directe de la perméabilité BBB n'est pas possible. Cependant, le taux d'échange d'eau à travers le BBB, tel que déterminé par DW-ASL, peut être utilisé comme mesure de pseudo-perméabilité, où par exemple, une augmentation de la perméabilité sera associée à un échange d'eau accru.

Dans cette étude, nous avons été les premiers à appliquer l'ASL et le DWASL pour examiner l'altération de la BHE dans la THA en utilisant un modèle murin bien établi de la maladie. L'étude explore les changements dans l'échange d'eau à travers la BHE et mesure pour la première fois le CBF au cours de l'infection, en comparant les résultats avec l'IRM à contraste amélioré. Dans l'ensemble, l'étude visait à étudier les changements dans l'échange d'eau observés à divers moments tout au long de l'évolution de l'infection par la THA.

Toutes les expériences ont été approuvées par le comité d'éthique local de l'Université de Glasgow et la loi britannique de 1986 sur les animaux (procédures scientifiques) du Home Office. Toutes les méthodes ont été réalisées conformément aux directives et réglementations en vigueur. L'étude a été réalisée conformément aux directives ARRIVE. Un T. b. brucei GVR35 modèle de souris de la trypanosomose humaine africaine a été utilisé pour cette étude. Des expériences ont été réalisées en utilisant un groupe de 38 souris CD-1 femelles, d'un poids corporel de 30 à 38 g. Tous les animaux provenaient de Charles River Lab. Les souris ont été divisées en trois groupes de n = 6 et deux groupes de n = 8, les souris restantes étant utilisées pour le passage initial du parasite afin de faciliter l'infection des groupes expérimentaux. Un groupe de six animaux n'était pas infecté et servait de groupe témoin. Les quatre groupes restants ont été infectés par injection intrapéritonéale avec 2 × 104 trypanosomes dans 100 μL de glucose salin tamponné au phosphate (PBSG). Les souris ont été scannées aux jours 7 (n = 6), 14 (n = 6), 21 (n = 8) et 28 (n = 8). Pour les jours 21 et 28, n = 8 a été utilisé pour permettre à toutes les souris de succomber à l'infection avant leur session d'analyse. Après l'examen IRM, les souris ont été euthanasiées et leurs cerveaux ont été excisés, fixés dans du formol tamponné neutre à 4 % et de la cire de paraffine traitée pour l'analyse histologique. La taille des groupes a été déterminée, en utilisant les résultats des expériences précédentes, pour permettre une puissance statistique suffisante lors de l'étude de la gravité de la réponse neuro-inflammatoire et pour assurer le succès de l'EC-MRI chez un minimum de 3 souris. Des informations sur les résultats de chaque animal peuvent être trouvées dans le tableau 1.

Les expériences ont été réalisées sur un système horizontal 7 T Bruker PharmaScan Avance III (300 MHz). Un insert de gradient d'imagerie Bruker BGA9 (300 mT m-1) a été utilisé pour fournir des impulsions de gradient de champ magnétique linéaire. Un résonateur de volume radiofréquence (RF) de cage à oiseaux de 72 mm a été utilisé pour transmettre, et une bobine de tête de surface de réception à réseau phasé à quatre canaux de 22 mm a été utilisée pour détecter le signal. Pour la numérisation, les animaux ont été anesthésiés dans une chambre utilisant 5 % d'isoflurane et un rapport O2/N2O de 30:70 avant d'être transférés au scanner IRM et maintenus sous 2 à 3 % d'isoflurane.

Une séquence mbASL pondérée en diffusion a été appliquée avec les paramètres suivants : CI = 5000 ms, TR = 7000 ms, TI = 50 ms, TE = 27,3 ms, nombre d'impulsions (np) = 20, Nombre de moyennes (NA) = 10, matrice = 96 × 96, FOV = 2,5 × 2,5 cm. Les images ont été acquises avec un module de séquence EPI à écho de spin unique. L'épaisseur de la dalle d'étiquetage et de la dalle d'imagerie était de 10 mm et 1 mm respectivement, avec des valeurs b de 0, 25, 50, 75, 100, 200, 300, 400, 500 s/mm2 utilisées pour le codage par diffusion. Le gradient pondéré en diffusion a été appliqué dans la direction x. Les données où b = 0 s/mm2 ont été extraites pour être analysées en tant que données mbASL.

Pour le calcul des cartes CBF, une carte T1 a été acquise pour chaque animal, à l'aide d'une séquence EPI à un seul coup d'écho de spin à récupération d'inversion, TR = 10 000 ms, TR = 28,1 ms, NA = 1, temps de balayage = 2 m 40 s . Les temps TI allaient de 25 à 7000 ms avec une augmentation incrémentielle de 400 ms pour donner 16 points différents.

Pour l'IRM à contraste amélioré, une séquence T1 pondérée Rapid Acquisition Relaxation Enhanced (T1-RARE) a été utilisée avec les paramètres suivants : FOV = 17,6 × 17,6 mm, TE = 12,28 ms, TR = 916 ms, épaisseur de coupe = 1,0 mm, taille de la matrice = 176 × 176, facteur rare = 4, FT partiel = 1,6, NA = 8, temps de balayage 3 min 17 s. Une seule tranche d'imagerie au centre du cerveau a été prise. La séquence T1-RARE a été réalisée avant et après injection de 0,1 mL de solution contenant 50 μL d'acide gadolinium-diéthylènetriamine penta-acétique 0,5 mmol/mL (Gd-DPTA ; Magnevist, Bayer) et 50 μL d'eau stérile à travers une canule veineuse caudale. Après un délai de cinq minutes pour permettre à l'agent de contraste de se rendre au cerveau, le T1-RARE a été répété.

Tout le traitement et l'analyse des images ont été effectués à l'aide du code interne MATLAB (Mathworks, Inc). Les données ont été transférées de Paravision 5.1 vers MATLAB via le format DICOM.

Les images obtenues dans chaque analyse ont été séparées en images d'étiquette et de contrôle, moyennées pour chaque valeur b, puis soustraites par paires pour créer dix images pondérées par perfusion (où \(\Delta M\), représente ce changement de signal). Les régions d'intérêt (ROI) ont été prises du cerveau complet et de la région du cortex. Les signaux moyens \(\Delta M\) ont été ajustés à un modèle bi-exponentiel comme décrit précédemment24

où \(\Delta M(0)\) est le signal à b = 0, Acap et Atis sont des facteurs de pondération qui représentent la fraction des composantes de signal intravasculaire (capillaire) et extravasculaire (tissu) de la courbe de signal, respectivement. Dcap et Dtis sont les coefficients de diffusion apparents (ADC) pour l'eau intravasculaire et extravasculaire respectivement. L'estimation de la pseudo-perméabilité a été réalisée à l'aide d'images à deux valeurs b de 0 et 75 s/mm2, sur la base de travaux antérieurs, en utilisant l'hypothèse d'un ATT similaire dans les régions du cerveau en raison d'une distribution uniforme du signal dans le cerveau et à travers le groupes expérimentaux27. Les signaux pour chaque voxel ont été divisés et tracés en utilisant une échelle de zéro à un.

Les cartes CBF quantitatives (unités : mL/100 g/minute) ont été calculées à l'aide du signal des données mbASL, que l'on trouve en extrayant les données b = 0 s/mm2 des ensembles de données DWASL (\(\Delta {M}_{ mbASL}\)) et le nouveau modèle cinétique mbASL22 basé sur le modèle cinétique de Buxton21

où la magnétisation à l'impulsion np est calculée comme suit :

Avec \(\Delta {M}_{i}(t)\) le signal pour une seule impulsion, Mb0 l'aimantation initiale, \(\tau\) est la durée d'arrivée du sang marqué (0,45), \(\ alpha\) est l'efficacité du marquage (0,95) et \(\delta\) le temps de transit artériel (150 ms). Le T1 du tissu cérébral a été obtenu à partir de la carte T1 acquise dans chaque expérience et T1b a été fixé à 2,1 s.

Des cartes d'amélioration du contraste ont été générées à partir des images pondérées en T1 en utilisant l'équation suivante :

où Spre est le signal de l'agent de pré-contraste et Spost est le signal de l'agent de post-contraste. Le signal moyen pour chaque tranche de cerveau a été calculé en sélectionnant la zone cérébrale complète comme retour sur investissement et en faisant la moyenne du signal.

La réponse inflammatoire de la neuroinflammation a été mesurée comme décrit précédemment28. Chaque section de cerveau a été classée en évaluant la sévérité de la méningite, la survenue d'un cuffing périvasculaire et le degré d'infiltration de cellules inflammatoires du parenchyme cérébral.

Toutes les valeurs sont exprimées en valeur moyenne ± écart type. L'analyse statistique du signal DWASL, les valeurs de la carte CBF et les cartes d'amélioration du signal ont été réalisées à l'aide de Minitab 17 (Minitab inc). Le modèle linéaire général (GLM) a été utilisé pour étudier les différences entre les moyennes des groupes de souris à travers l'expérience en utilisant l'analyse de variance en bloc aléatoire (ANOVA) et le test de comparaison de Tukey. La signification statistique a été prise en compte pour les valeurs p < 0,05. Les facteurs de pondération pour chaque courbe de signal DWASL ont été comparés entre les points de balayage à l'aide d'un modèle linéaire général, avec une différence significative définie à des intervalles de confiance de 5 % et 95 %. Le même modèle analytique a été appliqué aux valeurs CBF calculées à chaque instant.

Des images mbASL ΔM de haute qualité ont été produites pour chaque souris (Fig. 1a). Aucun changement qualitatif n'a été observé entre les images ΔM à chaque instant. Les cartes CBF ont été produites comme décrit dans les méthodes (Fig. 1b). La valeur moyenne du DSC du cerveau avant l'infection était de 156 ± 30 mL/100 g/min. Ce n'était pas significativement différent de tout autre groupe (p> 0,05). La figure 2 montre la différence des valeurs de CBF à chaque point d'infection. Une diminution non significative a été observée après l'infection par rapport à tous les points temporels de l'infection. Une augmentation du DSC a été observée au jour 28 (220 ± 63 mL/100 g/min), ce qui était significativement différent des jours 7, 14 et 21 après l'infection (135 ± 5, 121 ± 33, 145 ± 44 mL/100 g/ min respectivement) (p < 0,05). Ces changements ont été observés à la fois dans le cortex et dans tout le cerveau.

Une image mbASL, une carte CBF correspondante et une carte de pseudo-perméabilité pour une souris de chaque groupe d'infection. (a) Les images mbASL pour chaque souris ont démontré le signal/bruit élevé de mbASL, avec des détails montrant clairement le cortex. Ces images n'ont montré aucune différence qualitative à aucun moment de la chronologie de l'étude lorsqu'elles ont été comparées. ( b ) Les cartes CBF ont été produites à l'aide du modèle cinétique mbASL. Une moyenne de 156 ± 11 mL/100 g/min a été trouvée pour le groupe non infecté. (c) Des cartes de pseudo-perméabilité ont été produites en prenant le rapport de deux images à b = 0 et 0 et 75 s/mm2. Les retours sur investissement du cortex et du cerveau complet ont montré des valeurs similaires pour tous les points temporels d'infection sans aucune différence significative (p> 0,05).

Démonstration de la gamme de valeurs de débit sanguin cérébral observées tout au long de l'étude. Une valeur moyenne de 156 ± 11 mL/100 g/min a été trouvée dans le cerveau complet des souris non infectées. On observe alors une diminution non significative du DSC moyen après infection, jusqu'à une augmentation au stade ultérieur des jours 21 et 28 post infection. Une différence significative (p < 0,05) est observée entre le jour 28 et les jours 7, 14 et 21 après l'infection. Aucune différence significative n'est observée entre j28 et le groupe non infecté (p = 0,063). La signification est indiquée par le * et la ligne au-dessus des paires appropriées. Les valeurs aberrantes sont notées +.

La figure 3 montre la courbe d'atténuation du signal pour chaque groupe de souris, où le signal ΔM a été adapté à un modèle bi-exponentiel. La décroissance rapide du signal, attribuée au composant capillaire intravasculaire du Dcap sanguin marqué, peut être observée à des valeurs b faibles, avec la décroissance lente du signal tissulaire extravasculaire, Dtis, observée à des valeurs b plus élevées. Le signal de l'image de contrôle de la paire DWASL a été tracé à titre de comparaison, dans ce cas, aucun marquage ne s'est produit mais la diffusion est toujours présente. Des comparaisons ont été faites entre le coefficient d'ajustement Acap dans tous les groupes. Pour le groupe non infecté, Acap = 0,101 qui a ensuite augmenté à Acap = 0,12, 0,13, 0,16 et 0,18 aux jours 7, 14, 21 et 28, respectivement, cependant, il n'y avait pas de différence significative entre ces valeurs (p > 0,05). Une valeur de 7,9 × 10–4 mm2/s pour Dtis a été trouvée pour les souris du groupe non infecté, avec des valeurs pour Dtis = 7,1, 7,2, 7,0 et 6,8 × 10–4 mm2/s à travers les moments d'infection. Il n'y avait pas de différence significative entre ces valeurs. Le composant intravasculaire Dcap s'est avéré 100 × plus grand que celui du composant tissulaire, avec Dcap = 3,5 × 10–2 mm2/s pour le groupe non infecté, et Dcap = 3,8, 2,4, 2,0 et 2,3 × 10–2 mm2/ s aux jours 7, 14, 21 et 28, respectivement. Une comparaison plus poussée a été faite en utilisant des cartes de pseudo-perméabilité (Fig. 1c), avec un rapport pris de chaque image à b = 0 et 75 s/mm2. Une valeur de pseudo-perméabilité de 0,73 ± 0,03 a été trouvée pour le groupe non infecté dans le cerveau complet. Aucune différence significative de pseudo-perméabilité n'a été trouvée entre les groupes, avec des valeurs allant de 0,69 à 0,73. Des résultats similaires ont été trouvés pour la région du cortex, avec une plage de 0,71 à 0,76. Les valeurs des valeurs d'ajustement et des coefficients de diffusion sont présentées dans le tableau 2.

Le signal DWASL pour chaque point temporel d'infection est adapté à un modèle bi-exponentiel et tracé entre b = 0 et 300 s/mm2. Le signal de l'image de contrôle du groupe non infecté, où il n'y a pas d'étiquetage, est tracé à titre de comparaison. Il y a une forte chute du ΔM aux faibles valeurs b avant que le signal ne tende vers la décroissance plus lente du signal de commande. La comparaison de la constante d'ajustement Acap n'a montré aucune différence significative entre les points.

L'EC-MRI a été réalisée sur trois animaux de chaque groupe. L'amélioration du signal T1 a été déterminée à 7 ± 3 % pour le groupe non infecté. L'amélioration du signal T1 aux jours 7 et 14 n'a pas été significativement modifiée par rapport au groupe non infecté (p = 0,83 et p = 0,31). Aux stades tardifs, une différence significative a été trouvée, avec une amélioration du signal T1 de 25 ± 9 % (p = 0,028) et de 19 ± 7 % (p = 0,044) pour les jours 21 et 28 après l'infection, respectivement (Fig. 4) . Aux stades tardifs, une altération de la barrière a été trouvée dans plusieurs régions du cerveau (Fig. 4A).

Cartes d'amélioration du contraste et analyse statistique des données. (A) Une carte d'amélioration du signal d'une souris dans chaque groupe d'expérience. L'amélioration peut être observée à partir du jour 14 pi, avec un signal détecté dans plusieurs régions du cerveau. (B) La comparaison des valeurs d'amélioration du signal a trouvé une différence significative (p < 0,05) dans l'amélioration entre le groupe non infecté et les jours 21 et 28 pi. Il y avait également une différence significative (p < 0,05) entre le jour 7 et les jours 21 et 28 pi.

La réaction inflammatoire des cerveaux de souris infectées pour chaque groupe a été notée à l'aide d'un score de classement neuropathologique28.

Tous les groupes infectés avaient un score significativement différent du groupe non infecté (p < 0,05). Un score de 0,5 ± 0 a été retrouvé au jour 7, 0,58 ± 0,08 au jour 14, 2 ± 0 au jour 21 et 1,75 ± 0,17 au jour 28 post infection. La coloration H&E effectuée à chaque point d'infection a révélé une méningite légère au jour 14 après l'infection (Fig. 5), la gravité de la maladie augmentant au jour 28 après l'infection. À ce stade, la maladie était à un stade avancé, avec une infiltration modérée de cellules inflammatoires dans les méninges, une augmentation du nombre de cellules autour des vaisseaux et un gonflement périvasculaire autour des vaisseaux dans l'hippocampe.

Coloration H & E de coupes de cerveau. Des échantillons ont été prélevés avant l'infection (A, B), le jour 14 (C, D) et le jour 28 après l'infection (E, F). Au jour 14 après l'infection, une méningite légère (flèche noire) est observée avec un léger brassage périvasculaire (flèche bleue) autour de certains vaisseaux. Au jour 28 après l'infection, la méningite (flèche noire) et les manchettes périvasculaires (flèches bleues) sont plus importantes.

Il s'agit de la première étude à examiner les changements dans l'échange d'eau et le flux sanguin cérébral dans le cerveau infecté par la THA. Des études antérieures ont démontré l'altération de la BHE suite à une infection, en utilisant l'EC-IRM avec un agent de contraste à base de Gadolinium (Gd-DTPA)5,16,29. Cependant, comme le CE-MRI n'est sensible qu'aux BBB modérés et sévères, nous avons décidé d'étudier l'utilisation du DWASL comme alternative au CE-MRI. On a émis l'hypothèse qu'en cas de dégradation de la BHE, il y aurait une augmentation correspondante de la perméabilité de la barrière à l'eau. Le DWASL s'est déjà révélé sensible aux changements d'échange d'eau24,25,26,27 et a été utilisé pour examiner la perméabilité de la BHE pendant la maladie. Par conséquent, DWASL a été utilisé pour examiner les changements dans l'échange d'eau à travers la BHE à différents moments après l'infection.

En ajustant les données DWASL à un modèle bi-exponentiel, le signal des compartiments intravasculaire (capillaire) et extravasculaire (tissu) peut être séparé. La plage de valeurs Dtis rapportées dans cette étude est cohérente avec des résultats similaires dans la littérature9. La comparaison de Dcap et Acap entre les groupes n'a révélé aucune différence significative à aucun moment, ce qui indique qu'il peut n'y avoir aucun changement significatif dans l'échange d'eau entre les souris infectées et non infectées. Ce résultat était inattendu, car les mesures CE-MRI ont montré une augmentation significative de l'amélioration du signal Gd-DPTA aux jours 21 et 28 après l'infection, indiquant une altération substantielle de la BHE. Cela indique que les changements induits par HAT dans la BHE sont plus complexes qu'on ne le pensait initialement. L'augmentation de l'amélioration du signal Gd-DPTA suggère une altération des jonctions serrées, car Gd-DPTA (938 Da) ne peut pas traverser une BHE intacte. Cela soulève plus de questions car cette altération ne conduit pas à un échange accru de molécules d'eau plus petites (18 Da) et nécessite des recherches plus approfondies.

Dans d'autres modèles de maladie, il a été démontré que l'altération de la BHE entraîne une augmentation des échanges d'eau à travers la BHE30,31. Comme ce n'est pas le cas avec HAT, cela nous amène à supposer que d'autres facteurs sont en jeu. Par exemple, les molécules d'eau, contrairement aux molécules de Gd-DTPA, peuvent être transportées dans l'interstitium via le canal hydrique astroglial aquaporine-4 (AQP4). Bien que des recherches aient été menées sur d'autres canaux d'Aquaporine en relation avec la THA (par exemple AQP2 lorsqu'on examine l'administration de médicaments à travers la BHE32,33), aucune recherche n'a exploré les effets de l'AQP4 sur la BHE dans la THA. Bien que cette étude n'ait pas étudié directement l'AQP4, les résultats suggèrent fortement que l'expression de l'AQP4 doit être étudiée plus avant pour comprendre les mécanismes complexes de la BHE. Une étude récente d'Ohene et al.9 utilisant une méthode similaire à DWASL, connue sous le nom de multi TE-ASL, a révélé que le temps d'échange d'eau chez les souris knock-out AQP4 était considérablement réduit par rapport à celui des souris normales. Ainsi, l'étude du rôle de l'AQP4 dans l'infection par la THA peut être utile.

L'analyse histologique du cerveau a révélé une neuroinflammation légère à modérée chez les souris infectées en utilisant la coloration H & E. Ceci est cohérent avec les études précédentes utilisant ce modèle GVR-35 de HAT5,16. L'inflammation a augmenté au fur et à mesure que la maladie entrait dans la phase ultérieure, avec des cellules inflammatoires trouvées dans les méninges et les manchons périvasculaires des vaisseaux. Fait intéressant, l'inflammation la plus élevée a été trouvée au jour 21 après l'infection avec un grade de 2, comparé à un grade de 1,75 au jour 28. Ceci est cohérent avec les résultats du CE-MRI, où l'amélioration du signal T1 la plus élevée a été trouvée au jour 21 post-infection.

Cette étude a été la première à examiner le débit sanguin cérébral dans la THA en utilisant la séquence nouvellement développée mbASL, une valeur de CBF de 156 ± 11 mL/100 g/min a été trouvée dans le groupe non infecté, ce qui correspond aux valeurs de CBF dans la littérature17,18, 19,34. Ces résultats étaient intéressants car il y avait une différence significative entre le jour 28 après l'infection et les jours 7, 14 et 21, mais pas entre le jour 28 et le groupe non infecté. La même tendance a été trouvée dans la région du cortex. Comme il s'agit de la seule étude à ce jour explorant ces changements, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre les mécanismes à l'origine des changements constatés. Pour cette expérience, nous avons supposé qu'il y avait eu un changement minimal du DSC de base au cours d'un mois35 et nous n'avons pas inclus de groupe témoin séparé car cela serait inutile. Les conditions dans lesquelles l'expérience a été entreprise ont été maintenues aussi stables que possible, comme indiqué dans la section "Méthodes".

L'étude DWASL actuelle a appliqué le gradient de diffusion dans une seule direction, le long de l'axe x. Des études futures pourraient améliorer cela en appliquant le gradient de diffusion dans plusieurs directions, ce qui signifie que la complexité du système capillaire n'entrave pas la suppression complète du signal intravasculaire. Par exemple, une étude de Wells et al.23 a appliqué DWASL dans trois directions pour étudier ces schémas de flux microvasculaires complexes et a démontré que plus d'informations sur le flux capillaire peuvent être trouvées lors de l'utilisation de cette approche.

En conclusion, l'application réussie de DWASL à un modèle murin de HAT a montré qu'il n'y a pas de différence significative dans l'échange d'eau à travers la BHE pendant l'infection, même en cas d'amélioration du signal T1 de Gd-DTPA. Comme le CE-MRI avec Gd-DPTA n'est sensible qu'en cas d'altération modérée à sévère de la BHE, il est frappant de constater qu'aucun changement correspondant n'a été observé dans la perméabilité à l'eau de la BHE. Cette étude démontre que des recherches supplémentaires sont nécessaires sur les processus complexes de l'altération de la BBB au cours de l'infection par HAT, le rôle de l'AQP4 dans la BBB et la HAT étant identifié pour une exploration plus approfondie.

Les ensembles de données générés pendant et/ou analysés pendant l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Les auteurs tiennent à remercier M. James Mullin, Mme Linda Carberry et Mme Lindsay Gallagher pour leur aide dans la préparation et la numérisation des souris. SP tient à souligner le financement de sa bourse de doctorat par l'EPSRC ((EP/M508056/1).

Institut de génie médical et biologique, École de génie mécanique, Université de Leeds, Leeds, Royaume-Uni

Samantha Paterson

Glasgow Experimental MRI Centre, Institute of Neuroscience and Psychology, Université de Glasgow, Glasgow, Royaume-Uni

Samantha Paterson, Antoine Vallatos et William M. Holmes

Institute of Biodiversity, Animal Health & Comparative Medicine, College of Medical, Veterinary & Life Sciences, University of Glasgow, Glasgow, Royaume-Uni

Jean Rodgers

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SP a développé la recherche, effectué les expériences et les analyses ultérieures, écrit le texte principal du manuscrit et préparé les figures. AV a développé les séquences MR avec WMH et développé l'analyse avec SPJR développé et fourni le modèle in vivo, aidé avec les détails associés aux animaux et effectué l'analyse histologique. WMH a acquis le financement du projet, développé l'étude, les séquences MR et aidé avec les paramètres expérimentaux. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à William M. Holmes.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Paterson, S., Vallatos, A., Rodgers, J. et al. Application de l'ASL à plusieurs boli pondérés en diffusion à un modèle murin de la trypanosomiase humaine africaine. Sci Rep 13, 8684 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34665-z

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Reçu : 12 avril 2022

Accepté : 05 mai 2023

Publié: 29 mai 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-34665-z

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