Des données obtenues post-mortem chez des patients atteints de la maladie d’Alzheimer montrent une augmentation de la concentration de sodium dans les tissus cérébraux. Ces changements locaux de concentration en sodium interviendraient durant la phase avancée de la maladie et seraient des biomarqueurs d’un déficit métabolique précoce corrélé au déclin cognitif.
Avec l'exploitation des scanners IRM à très haut champ, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) du sodium (23Na) est aujourd’hui une technique suffisamment mûre pour mesurer de tels changements, in vivo et de manière non invasive (voir encadré).
Une analyse comparative concluante
Grâce à cette technique, des chercheurs de BAOBAB et UNIACT (département NeuroSpin), en collaboration avec des équipes de BioMaps (SHFJ et GHU Paris) et de l'Université d'Aix-la-Chapelle (JARA-BRAIN, Forschungszentrum Jülich GmbH, Allemagne) ont établi de façon quantitative une hausse importante de la concentration tissulaire en sodium chez 17 personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer (appartenant à la cohorte SHATAU7/IMATAU), comparée à celle chez 22 personnes saines et du même âge constituant le groupe témoin (de la cohorte SENIOR de NeuroSpin). L'augmentation est fortement liée au degré de progression de la maladie, en particulier à l'état cognitif du patient, ainsi qu'à la charge en protéine Tau phosphorylée imagée par tomographie par émission de positons (au [18F] flortaucipir).
En cause, la rupture de l'homéostasie ?
Au sein des neurones, la concentration en sodium est régulée par un gradient transmembranaire maintenu par la pompe Na+/K+, ce qui stabilise les cellules à leur potentiel de repos. Ce processus dépend très fortement de l'adénosine triphosphate (ATP) fournie par les mitochondries et est nécessaire à l'homéostasie cellulaire et la communication neuronale.
L'accumulation d'agrégats pathologiques de protéines Tau et/ou amyloïde-β entraverait le fonctionnement de la chaine respiratoire mitochondriale, provoquant un déficit en ATP, une dérégulation des canaux ioniques et une perturbation croissante des gradients ioniques transmembranaires. Générer un potentiel d'action serait énergétiquement de plus en plus coûteux pour le neurone et mènerait à une neurotransmission dysfonctionnelle puis à la neurodégénération.
En mettant en évidence la corrélation entre la concentration tissulaire de sodium et l'état cognitif des patients, cette technique d'IRM se présente comme une méthode non invasive de diagnostic précoce ou de suivi thérapeutique. Elle deviendrait aussi un moyen d'étudier le lien entre la progression des altérations fonctionnelles et la carence en énergie impactant la neurotransmission.
L'IRM du sodium, une technique qui a de l'avenir
C'est l'utilisation des très hauts champs, 7T ou bientôt 11,7 T à NeuroSpin, qui permet le développement de l'IRM de noyaux dits exotiques, autres que les protons. En augmentant le signal disponible, la détection et l'imagerie de métabolites et électrolytes peu concentrés (de l'ordre du mmol/L) devient possible en quelques minutes.
L'IRM du sodium a bénéficié récemment d'améliorations méthodologiques et technologiques permettant d'augmenter les résolutions spatiales et temporelles et de quantifier les concentrations tissulaires en sodium. En conséquence, l'IRM du sodium devient de plus en plus un outil attractif en recherche clinique pour explorer l'homéostasie cellulaire dans le contexte de maladies inflammatoires ou neurodégénératives comme la sclérose en plaques ou la maladie d'Alzheimer.
L'équipe de Fawzi Boumezbeur (BAOBAB/NeuroSpin) développe l'imagerie métabolique et la spectroscopie par résonance magnétique in vivo de noyaux d'intérêt en médecine, biologie ou pharmacologie tel que le proton (1H), le carbone-13 (13C), le lithium-7 (7Li), le phosphore (31P) et le sodium (23Na) du rongeur à l'Homme.Contact chercheur Institut Joliot :
Fawzi Boumezbeur (fawzi.boumezbeur@cea.fr)