Introduction : L’Accident Vasculaire Cérébral (AVC) est la 1ère cause de handicap acquis chez l’adulte, dans les pays industrialisés. 20% des patients décèdent dans le mois qui suit, 75% des survivants gardent des séquelles définitives, 33% deviennent dépendant à vie. Il n’existe pour l’heure aucune thérapie de récupération quand les déficits fonctionnels sont en place hormis la rééducation. Chez l’homme, 80% des AVC thrombotiques touchent l’artère cérébrale moyenne, qui irrigue le cortex moteur primaire (M1). M1 projette des axones jusque dans la moelle épinière et forme le Faisceau Cortico Spinal (FCS). Après une atteinte de M1, ce faisceau dégénère et cela induit des déficits fonctionnels de force et de dextérité. M1 est indispensable pour les mouvements volontaires dextres garants de l’indépendance du patient. Objectif : Mise au point d’un modèle de lésion cérébrale, chez un primate non humain, le marmouset, qui permette d’évaluer la récupération fonctionnelle motrice afin d’étudier l’effet de neuro-implants.
Méthode : 14 marmousets ont servi à caractériser le nouveau modèle lésionnel induit par une injection stéréotaxique d’une toxine inhibant le métabolisme cellulaire. Des tests comportementaux, évaluant le score neurologique, la dextérité et la force de traction du membre supérieur, ont permis d’évaluer la récupération fonctionnelle en phase aiguë, subaiguë et chronique jusqu’à 6 mois après la lésion. Le suivi longitudinal structural et fonctionnel de la lésion et de la récupération a été réalisé par IRM (T1, T2, EPI, DTI). Le suivi de l’intégrité du FCS a été étudié, pour la première fois chez le marmouset, grâce à une technique (ME-MRI, manganese-enhanced-MRI) utilisant un agent de contraste injecté directement dans le cortex M1, capté par les neurones et traçant les voies neuronales. Une étude pilote sur 3 marmousets a testé l’effet de neuro-implants microstructurés dans la lésion cérébrale associés à l’injection de chondroïtinase ABC (enzyme de dégradation de la matrice extracellulaire).
Résultats : La lésion cortico-sous-corticale incluant les cortex sensorimoteurs chez le marmouset, a induit des déficits chroniques d’environ 50%, installés 3 mois après la lésion et stables pendant 3 mois, touchant la sensibilité, la force et la dextérité. Pour la première fois, ce déficit de force est quantifié par le dispositif du « Dynamometric Pull Test » que nous avons créé. Les différents degrés de déficit de force et de dextérité ont pu être catégorisés, et dépendaient fortement du volume lésionnel. En effet, les lésions peu étendues récupéraient mieux que les lésions débordant sur les cortex prémoteur et pariétal, sur le striatum et le thalamus antérieur. Le FCS mis en évidence par ME-MRI a été fonctionnellement affecté en phase subaiguë et nous avons observé quelques réorganisations de circuits fonctionnellement plus actifs en phase chronique. En effet, un faisceau cortico-thalamique projetant sur les noyaux thalamiques ventro-postéro médian et latéral faisant relai avec le cortex sensitif primaire, présentait une baisse de marquage au manganèse en post-lésion et un marquage significativement plus important 3 mois post-lésion. Enfin, les marmousets, avec une lésion volumineuse, que l’on a traités, présentaient une récupération à hauteur de ceux avec une lésion peu étendue.
Conclusion : Ce nouveau modèle de lésion cérébrale focale chez le marmouset avec des déficits moteurs chroniques nous parait adapté à l’étude de stratégies thérapeutiques. L’approche combinant une analyse comportementale et l’imagerie médicale anatomo-fonctionnelle, incluant des outils innovants (quantification de la force, suivi longitudinal par ME-MRI), ont permis d’éclairer les mécanismes de réorganisation post-lésionnelle. Les neuro-implants micro-structurés servant de pont entre le cortex et les structures sous-corticales ont conduit à une amélioration fonctionnelle qui pourrait être augmentée par l’adjonction de cellules souches neurales. |
Introduction: Stroke is the first leading cause of acquired handicap and disability in adults in industrialized countries. 20% of patients die in the following month, 75% of survivors remain with definitive sequelae, 33% become dependent for life. No therapy in the recovery phase exists today when functional deficits are installed except rehabilitation. In human, 80% of thrombotic stroke affect middle cerebral artery, which supplies the primary motor cortex (M1). M1 projects axons to the spinal cord and forms the CorticoSpinal Tract (CST). After an M1 insult, this tract degenerates and functional deficits of force and dexterity are induced. M1 is essential for voluntary dexterous movements that make patients independent. Objective: Setting up of a cerebral lesion model in a non-human primate, the marmoset, where the functional motor recovery can be assessed in order to study thereafter the effect of neuro-implant.
Methods: 14 marmosets served to characterize the new lesion model induced by stereotaxic injection of a toxin inhibiting the cellular metabolism. Behavioral tests assessing the neurological score, dexterity and pulling strength of the upper limb, could assess the functional recovery in the acute, sub-acute and chronic phases until 6 months after the lesion. The longitudinal structural and functional follow-up after the lesion and during the recovery was done with MRI (T1, T2, EPI, DTI). The follow-up of the integrity of the CST was studied for the first time in the marmoset with a technic (ME-MRI, manganese-enhanced-MRI) using a contrast agent injected directly in the cortex M1, taken up by neurons and that traced neuronal tracts. A pilot study on 3 marmosets tested the effect of micro-patterned neuro-implants in the cerebral lesion associated with the injection of chondroïtinase ABC (enzyme of extracellular matrix degradation).
Results: The cortico-sub-cortical lesion including sensorimotor cortices of marmoset induced chronic deficits of around 50%, installed 3 months after the lesion and stable for 3 months, and affecting sensitivity, force and dexterity. For the first time, this deficit in strength is quantified with the « Dynamometric Pull Test » device we made. Various degrees of strength and dexterity deficits could be categorized and heavily depended of lesion volume. Indeed, small lesions recovered better than lesions that spread in the premotor and parietal cortices, striatum and anterior thalamus. The CST evidenced by ME-MRI was functionally affected in the sub-acute phase and we observed reorganizations of circuits functionally more active in the chronic phase. For example, a cortico-thalamic tract projecting to the ventral posterior lateral and -medial nuclei that make relay to the primary sensory cortex displayed a decreased of manganese labelling post-lesion and a labelling significantly higher 3 months post-lesion compared to pre-lesion. Finally, the implanted marmosets with a large lesion recovered to the same extent as the ones with small lesions.
Conclusion: This new model of focal cerebral lesion in marmoset leading to chronic motor deficits seems to be suited to study of therapeutic strategies. The approach combining behavioral analysis and anatomo-functional medical imaging, including innovative tools (strength quantification, longitudinal follow-up with ME-MRI), have highlighted mechanisms of post-lesion reorganization. Micro-patterned implants building bridges between the cortex and subcortical structures led to functional improvement that could be increased by the adjunction of neural stem cells. |