Le diagnostic ou le traitement d'une pathologie par l'emploi de rayonnements ionisants peut causer l'apparition de conséquences néfastes et irréversibles pour le cerveau notamment au cours de son développement. D'autant plus, si on considère certains facteurs génétiques modulant la radiosensibilité́ des individus exposés. Des études épidémiologiques ont fait état de l'apparition de lésions cérébrales à long terme dues aux rayonnements après une exposition in utero, soit à des fins médicales (comme dans le cas de la radiothérapie) ou encore après certaines catastrophes nucléaires. Des complications, telles qu'un retard de croissance, une microcéphalie ou un retard mental, ont été également relevées. La radiosensibilité dépend de l'âge et de la dose et les enfants de moins de 7 ans sont plus susceptibles de développer des troubles neurologiques graves.
Il n'est pas sans rappeler que de telles études épidémiologiques sont difficiles à mettre en œuvre, en particulier les études portant sur l'exposition in utero. Les modèles d'études précliniques permettent de contourner cela et de mieux comprendre les processus biologiques précoces radio-induits en utilisant des approches in vitro ou in vivo.
L'imagerie par résonance magnétique (IRM) in vivo permet de réaliser des explorations morphologiques, métaboliques et fonctionnelles de l'animal à l'Homme et ceci de manière non invasive et longitudinale. En particulier, des altérations morphologiques et microstructurelles induites par les rayonnements dans le cerveau ont été mises en évidence à l'aide de l'imagerie anatomique (IRMa) et l'IRM de diffusion (IRMd). Alors que certaines lésions cérébrales peuvent être suivies à l'aide de l'IRMa, l'IRMd permet d'examiner le mouvement microscopique des molécules d'eau dans les tissus et est extrêmement sensible à la microstructure des tissus.
Il est donc apparu nécessaire de développer des marqueurs d'imagerie sensibles aux atteintes cérébrales de l'irradiation à la fois aux fortes et aux faibles doses en utilisant les modèles d'études précliniques adaptés.
Dans une étude publiée dans Radiation Research, les chercheurs de l'UMR1274 (iRCM/CEA-Jacob) en collaboration avec NeuroSpin (CEA-Joliot) ont analysé les conséquences d'irradiations sur le développement cérébral et la neurogenèse d'un modèle murin exposé in utero (lors du développement embryonnaire).
Les chercheurs ont montré dans un premier temps, que les irradiations entraînaient des altérations comportementales chez les souris adultes exposées in utero. De plus, les embryons murins irradiés développent une microcéphalie ainsi que des altérations microstructurelles cérébrales incluant des changements de profil de myélinisation.
Les chercheurs ont dans un second temps, analysé les signaux obtenus par IRMa et IRMd chez les souris adultes irradiées durant leur développement embryonnaire en comparaison à un groupe contrôle. Ils ont observé des modifications volumétriques du cerveau chez les souris irradiées se traduisant par une atrophie cérébrale significative. Le S-index, biomarqueur étudié en IRMd pour sa sensibilité de la microstructure tissulaire, a diminué de façon significative chez les souris irradiées.
En corrélant les résultats obtenus de ces différentes analyses (histologie et iimagerie), les chercheurs ont pu ainsi montrer que les signaux obtenus par IRM anatomique mettent en évidence la microcéphalie cérébrale induite par les radiations à long terme. L'IRM de diffusion a permis elle, de révéler les atteintes cérébrales microstructurelles chez la souris adulte après une exposition aux rayonnements ionisants lors du développement embryonnaire ayant pour conséquence des altérations comportementales.
Ces travaux ont donc permis de développer une approche non-invasive, par IRM anatomique et de diffusion, pour la détection et la caractérisation des atteintes neuropathologiques radio-induites dans un modèle d'étude préclinique irradié.
Les marqueurs d'IRM étudiés couplés à une cartographie tridimensionnelle du cerveau ont permis d'illustrer les sensibilités spécifiques des structures cérébrales aux rayonnements ionisants en fonction de la fenêtre d'exposition.
L'ensemble de ces éléments ouvre la voie à l'utilisation de l'imagerie de diffusion comme un outil de détection précoce d'anomalies neurologiques conséquentes à différents types de stress (irradiations, génotoxiques…) pour un meilleur suivi et prise en charge des personnes atteintes.
Ces travaux ont été soutenus financièrement par le « Segment Radiobiologie » et le « Groupe de Gestion de Projets » de la branche Sciences du Vivant du CEA, et par EDF.
Pour en savoir plus sur l'IRM de diffusion :
Médiathèque - Fonctionnement de l'IRM de diffusion (cea.fr)
L'IRM de diffusion est une technique d'imagerie médicale qui permet d'obtenir des images dont le contraste dépend du coefficient de diffusion de l'eau. La diffusion de l'eau étant entravée par les éléments constituant le tissu cérébral, toute modification dans l'organisation de ces tissus se traduit par une altération de cette diffusion.