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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12339 (2023) Citer cet article

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Le transport du liquide interstitiel et des solutés joue un rôle essentiel dans l’élimination des déchets métaboliques du cerveau. Il a été démontré que l'application transcrânienne d'ultrasons focalisés (FUS) favorise l'absorption localisée des solutés du liquide céphalo-rachidien dans le parenchyme cérébral ; cependant, ses effets sur le transport et l'élimination des solutés interstitiels restent inconnus. Nous démontrons que l'application pulsée de FUS de faible intensité sur le cerveau du rat améliore le transport des traceurs fluorescents injectés intracortiquement (ovalbumine et dextrane de haut poids moléculaire), produisant une plus grande distribution du volume des traceurs parenchymateux par rapport au groupe témoin non soniqué (ovalbumine de 40,1 % et dextrane de 34,6 %). En outre, le FUS a favorisé le drainage de l'ovalbumine interstitielle injectée vers les ganglions lymphatiques cervicaux superficiels et profonds (cLN) ipsilatéraux à la sonication, avec un drainage 78,3 % plus élevé observé dans les cLN superficiels par rapport à l'hémisphère non soniqué. L'application de FUS a augmenté le niveau de transport de soluté visible depuis la surface dorsale du cerveau, avec une surface ~ 43 % plus grande et une intensité de fluorescence ~ 19 % plus élevée que le groupe non soniqué, en particulier dans la surface piale ipsilatérale à la sonication. La sonication n’a pas provoqué d’excitation neuronale au niveau des tissus, mesurée par un électroencéphalogramme, ni modifié le poids moléculaire des traceurs. Ces résultats suggèrent que le FUS transcrânien non thermique peut améliorer le transport advectif des solutés interstitiels et leur élimination ultérieure de manière totalement non invasive, offrant ainsi son utilité potentielle non pharmacologique pour faciliter l'élimination des déchets du cerveau.

Le système lymphatique joue un rôle majeur dans le transport/élimination des sous-produits métaboliques et des déchets du corps, qui sont collectés par des réseaux de vaisseaux lymphatiques largement répartis dans tous les organes. Le système nerveux central (SNC), cependant, manque de vaisseaux lymphatiques dédiés dans le parenchyme neuronal, tandis que le taux métabolique relativement élevé des cellules neuronales et leur forte susceptibilité aux changements dans l'environnement extracellulaire nécessitent une élimination efficace des déchets pour un fonctionnement normal. Des études ont rapporté des associations entre l'élimination aberrante des déchets cérébraux et la démence et la maladie d'Alzheimer (MA)1,2 ainsi qu'avec le vieillissement3,4. Sur cette base, les mécanismes de la fonction lymphatique du SNC ont suscité un intérêt de recherche important.

Le cerveau et la moelle épinière sont immergés dans le liquide céphalorachidien (LCR), principalement produit par le plexus choroïde qui tapisse les ventricules cérébraux5. L'espace entre les cellules neuronales, y compris la matrice extracellulaire (c'est-à-dire l'espace interstitiel), contient du liquide interstitiel (ISF), dont la composition est similaire au CSF6. L'échange mutuel fluide/soluté entre l'ISF et le CSF, tous deux séparés de la circulation sanguine par la barrière hémato-encéphalique (BBB) ​​et la barrière sang-CSF (B-CSF), est important pour l'élimination des déchets et des sous-produits métaboliques du cerveau. , médié par plusieurs mécanismes, notamment la diffusion, le transport par canaux ioniques et le transport hydrostatique/osmotique entraîné par la pression7,8,9. En ce qui concerne les mécanismes qui déplacent les solutés interstitiels à travers le neuropile dense, le transport de l'eau médié par le canal de l'aquaporine-4 astrocytaire (AQP4) (appelé transport « glymphatique »)7,10 et la diffusion des solutés au sein de l'ISF11,12 ont été identifiés comme les principaux facteurs contributifs. Des facteurs physiologiques tels que le sommeil et l’activité physique modulent également le degré de transport ; par exemple, il a été démontré que le sommeil à ondes lentes augmente l'espace interstitiel13, tandis que la course volontaire sur roue augmente le transport glymphatique chez la souris14.

Outre les contributions du transport de l'eau médié par l'AQP4 et de la diffusion passive des solutés, le flux convectif de LCR le long de l'espace périvasculaire (PVS) est un autre élément de transport important pour éloigner les solutés du cerveau. Le PVS tapisse le système vasculaire cérébral dans un réseau complexe et sert de passage important pour le transport du LCR, par lequel les gradients de pression générés par la pulsation artérielle (également appelé « pompage périvasculaire »15,16) génèrent un flux convectif de LCR et un mouvement de soluté advectif qui l'accompagne. cela facilite également le mouvement du soluté interstitiel/CSF de manière indépendante de l'AQP411,17,18. Récemment, une étude d'imagerie in vivo à deux photons a révélé des preuves visuelles frappantes du mouvement advectif de particules exogènes à travers le PVS adjacent aux artères piales chez la souris19. Bien que les voies exactes fassent encore l'objet d'intenses recherches, il est jusqu'à présent compris que les solutés/déchets quittent le cerveau via plusieurs voies telles que la granulation arachnoïdienne (sortie vers les sinus veineux méningés), la muqueuse nasale ou les vaisseaux lymphatiques méningés (sortie vers les sinus veineux méningés). ganglions lymphatiques)6,9.