Les techniciens développent le modèle de tissu qui imite les effets de la bêta-amyloïde sur la barrière hémato-encéphalique

Les plaques de bêta-amyloïde, les ensembles de protéine qui forment dans les cerveaux des patients d'Alzheimer, perturbent beaucoup de fonctions cérébrales et peuvent détruire des neurones. Elles peuvent également endommager la barrière hémato-encéphalique -- la bordure normalement serrée qui empêche les molécules nuisibles dans la circulation sanguine d'entrer dans le cerveau.

Les techniciens de MIT ont maintenant développé un modèle de tissu qui imite les effets de la bêta-amyloïde sur la barrière hémato-encéphalique, et lui ont employé pour prouver que ces dégâts peuvent aboutir des molécules telles que la thrombine, un facteur de coagulation normalement avéré dans la circulation sanguine, pour entrer dans le cerveau et pour endommager complémentaire les neurones d'Alzheimer.

Nous pouvions prouver clairement dans ce modèle que les amyloïde-bêta sécrétés par des cellules de maladie d'Alzheimer peuvent réellement nuire le fonctionnement de barrage, et une fois cela est nui, des facteurs sont sécrété dans le tissu cérébral qui peut exercer des effets inverses sur la santé de neurone. « 

Roger Kamm, le Cecil et professeur distingué vert d'IDA du bureau d'études mécanique et biologique, MIT

Les chercheurs avaient l'habitude également le modèle de tissu pour prouver qu'un médicament qui remet la barrière hémato-encéphalique peut ralentir la mort cellulaire vue dans des neurones d'Alzheimer.

Kamm et Rudolph Tanzi, un professeur de la neurologie à la Faculté de Médecine de Harvard et Massachusetts General Hospital, sont les auteurs supérieurs de l'étude, qui apparaît en la Science avancée par tourillon. Le postdoc Yoojin Shin de MIT est l'auteur important du papier.

Perte de barrage

Les cellules de vaisseau sanguin qui composent la barrière hémato-encéphalique pour avoir beaucoup de protéines spécialisées qui les aident pour former des jonctions serrées -- structures cellulaires qui agissent en tant que visa intense entre les cellules.

Les patients d'Alzheimer remarquent souvent les dégâts dans des vaisseaux sanguins de cerveau provoqués par des protéines de bêta-amyloïde, un effet connu sous le nom d'angiopathie amyloïde cérébrale (CAA). On le croit que ces dégâts permettent aux molécules nuisibles d'entrer dans le cerveau plus facilement. Kamm a décidé d'étudier ce phénomène, et son rôle dans Alzheimer, en modélisant le tissu de cerveau et de vaisseau sanguin sur une frite microfluidic.

« Ce qui nous essayions de faire dès le début était produisent d'un modèle que nous pourrions employer pour comprendre les interactions entre les neurones de maladie d'Alzheimer et le réseau vasculaire de cerveau, » Kamm dit. « Compte tenu du fait qu'il y est eu tellement peu de réussite en thérapeutique se développante qui sont efficace contre Alzheimer, il y a eu attention accrue prêtée à CAA au cours des deux dernières années. »

Son laboratoire a commencé à travailler sur ce projet il y a plusieurs années, avec des chercheurs à MGH qui avait conçu des neurones pour produire un grand nombre de protéines de bêta-amyloïde, juste comme les cellules du cerveau des patients d'Alzheimer.

Abouti par Shin, les chercheurs ont trouvé un moyen d'élever ces cellules dans une glissière microfluidic, où ils produisent et sécrètent la protéine de bêta-amyloïde. Sur la même frite, dans une glissière parallèle, les chercheurs ont élevé les cellules endothéliales de cerveau, qui sont les cellules qui forment la barrière hémato-encéphalique. Une glissière vide a séparé les deux glissières tandis que chaque type de tissu se développait.

Après 10 jours de croissance des cellules, les chercheurs ont ajouté le collagène à la glissière centrale séparant les deux types de tissu, qui ont permis à des molécules de diffuser d'une glissière à l'autre. Ils ont constaté que dans trois à six jours, les protéines de bêta-amyloïde sécrétées par les neurones ont commencé à s'accumuler dans le tissu endothélial, qui a abouti les cellules à devenir plus inétanches. Ces cellules ont également montré un déclin en protéines que des jonctions serrées de forme, et une augmentation en enzymes qui décomposent la matrice extracellulaire que normalement les bordures et supporte des vaisseaux sanguins.

En raison de cette perte dans la barrière hémato-encéphalique, la thrombine pouvait réussir du sang traversant les récipients inétanches dans les neurones d'Alzheimer. Les niveaux excessifs de la thrombine peuvent nuire à des neurones et mener à la mort cellulaire.

« Nous pouvions expliquer cette signalisation bidirectionnelle entre les types de cellules et solidifier réellement les choses qui avaient été vues précédemment chez des expériences sur des animaux, mais les reproduire dans un système modèle que nous pouvons régler avec beaucoup plus de petit groupe et de meilleure fidélité, » Kamm dit.

Branchement des fuites

Les chercheurs ont alors décidé de vérifier deux médicaments qui ont été précédemment montrés pour solidifier la barrière hémato-encéphalique dans des modèles plus simples de tissu endothélial. Chacun des deux médicaments sont approuvés par le FDA pour traiter d'autres conditions. Les chercheurs ont trouvé celui-là de ces médicaments, etodolac, fonctionné très bien, alors que l'autre, béclométasone, exerçait peu d'effet sur le leakiness dans leur modèle de tissu.

En tissu traité avec l'etodolac, la barrière hémato-encéphalique est devenue plus serrée, et les taux de survie des neurones se sont améliorés. L'équipe de MIT et de MGH fonctionne maintenant avec un consortium de découverte de médicaments pour rechercher d'autres médicaments qui pourraient pouvoir remettre la barrière hémato-encéphalique dans les patients d'Alzheimer.

« Nous commençons à utiliser cette plate-forme pour examiner pour les médicaments qui sont sortis des écrans unicellulaires très simples que nous devons maintenant valider dans un système plus complexe, » Kamm disent. « Cette approche pourrait offrir une forme potentielle neuve de la demande de règlement d'Alzheimer, particulièrement compte tenu du fait que tellement peu de demandes de règlement ont été expliquées pour être efficaces. »

Source:
Journal reference:

Shin, Y. et al. (2019) Blood–Brain Barrier Dysfunction in a 3D In Vitro Model of Alzheimer's Disease. Advanced Science. doi.org/10.1002/advs.201900962