Quel est le point commun entre un chimiste de synthèse, un expert en imagerie médicale et un neurologue ? Ils se réunissent au Centre d’imagerie biomédicale de l’Institut Beckman pour les sciences et technologies avancées pour développer de meilleurs outils de diagnostic et d’imagerie permettant de détecter la maladie d’Alzheimer à un stade précoce et d’autres maladies neurodégénératives.
L’équipe de rêve
Une équipe dirigée par Liviu M. Mirica avec Wawryzneic « Wawosz » Dobrucki et le Dr. Daniel A. Llano a reçu une subvention de 3 millions de dollars de l’Institut national sur le vieillissement des National Institutes of Health pour développer et tester des outils d’imagerie multimodaux pour la détection de la maladie d’Alzheimer et des démences associées. Cette subvention est l’une des premières subventions fédérales à relier le laboratoire d’imagerie par résonance magnétique Beckman et le laboratoire d’imagerie moléculaire. Ils font tous deux partie du centre d’imagerie biomédicale de Beckman.
Je suis très enthousiasmé par l’opportunité de travailler avec différents scientifiques de différents domaines.
Liviu M. Mirica, chimiste synthétique et professeur de chimie William H. et Janet G. Lycan, École des sciences chimiques, Université de l’Illinois Urbana-Champaign
Son groupe de recherche se spécialise dans la construction et la caractérisation de molécules inorganiques synthétiques in vitro : à l’extérieur du corps.
Dobrucki, boursier Neil et Carol Ruzic en sciences biomédicales et translationnelles, est un expert en imagerie qui travaille intensivement sur la TEP au laboratoire d’imagerie moléculaire de Beckman.
“J’attends avec impatience l’imagerie haute résolution du cerveau et de ses structures”, a déclaré Dobrucki.
Llano, professeur de physiologie moléculaire et intégrée et médecin-chirurgien, est un neurologue en exercice qui voit des patients quotidiennement et se spécialise dans les études in vivo sur le cerveau : ceux à l’intérieur du corps.
« L’impact potentiel que ce projet aura sur la maladie d’Alzheimer est ce qui me passionne le plus », a déclaré Llano.
Comprendre la maladie d’Alzheimer
La maladie d’Alzheimer est une maladie neurodégénérative qui affecte négativement les fonctions cérébrales et les capacités cognitives. Avec la maladie de Parkinson, la sclérose latérale amyotrophique et d’autres maladies, la maladie d’Alzheimer entre dans la catégorie des maladies amyloïdes. Les amyloïdes sont de petits groupes de protéines inhabituellement fibreuses ou mal repliées qui ne servent normalement à rien dans l’organisme.
Un indicateur clé de la maladie d’Alzheimer est la présence de plaques amyloïdes : de grandes collections d’agrégats peptidiques bêta-amyloïdes plus petits. Les peptides sont de courtes chaînes d’acides aminés qui finissent par former des protéines. La neuroinflammation et le stress oxydatif dans le cerveau sont également des marqueurs importants de la maladie d’Alzheimer.
La détection et le traitement des maladies neurodégénératives sont particulièrement difficiles en raison de la barrière hémato-encéphalique, un système semi-perméable de vaisseaux sanguins et de capillaires qui contrôle le flux d’ions, de molécules et de cellules entre le sang et le cerveau. Pour être efficaces, les agents d’imagerie et les thérapies médicamenteuses (constituées de molécules ou d’anticorps) doivent pouvoir pénétrer.
Diagnostic et traitement
Le diagnostic de la maladie d’Alzheimer avec un degré élevé de précision nécessite l’identification des agrégats amyloïdes et ne peut être complété que lors d’une autopsie. Cela crée un besoin pour des outils de diagnostic capables de localiser rapidement les agrégats de peptides bêta-amyloïdes solubles et les plaques amyloïdes plus grandes chez un patient vivant.
La TEP et l’IRM sont deux techniques d’imagerie non invasives couramment utilisées en milieu clinique. Cependant, aucun agent de contraste IRM ciblant les agrégats amyloïdes n’a été développé. Les quelques agents d’imagerie TEP approuvés par la FDA sont insuffisants pour détecter de petites anomalies amyloïdes ou, dans certains cas, produisent des résultats de tests faussement positifs lors du diagnostic de la maladie d’Alzheimer.
Pour plusieurs raisons, il est important de développer des outils de diagnostic ciblant les plus petits peptides bêta-amyloïdes et d’autres signes de neuroinflammation et de stress oxydatif, a déclaré Mirica. En développant des outils multimodaux pouvant être utilisés à la fois pour la TEP et l’IRM, les chercheurs auront une meilleure idée de qui est à risque de développer la maladie d’Alzheimer, qui est réellement atteint de la maladie et dans quels cas stade.
Le plan à 3 millions de dollars
Mirica, Dobrucki et Llano recevront la subvention de 3 millions de dollars sur cinq ans pour développer de nouveaux agents d’imagerie à double usage qui peuvent facilement traverser la barrière hémato-encéphalique en utilisant à la fois la TEP et les scanners IRM d’imagerie TEP.
Cela permettra de détecter les maladies neurodégénératives à des stades précoces et « contribuera énormément au développement de meilleures thérapies », a déclaré Mirica.
Brad Sutton, professeur de bio-ingénierie et directeur technique du centre d’imagerie biomédicale de Beckman, aidera l’équipe à mener des études IRM in vivo. Ils évalueront ensuite l’adéquation de l’agent d’imagerie en tant qu’outil de diagnostic à double modalité pour la maladie d’Alzheimer et les démences associées.
Mirica et ses collaborateurs ont déjà développé une série de molécules adaptées qui peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique et aider à reconnaître à la fois les petits peptides bêta-amyloïdes solubles et les plus gros amyloïdes insolubles.
Ils ont également développé un agent d’imagerie TEP à base de cuivre qui a permis l’imagerie réussie des plaques amyloïdes chez des souris transgéniques atteintes de la maladie d’Alzheimer. Pour l’avenir, l’équipe pense que ces agents peuvent être conçus pour traverser la barrière hémato-encéphalique chez l’homme et cibler plusieurs marqueurs de la maladie d’Alzheimer et d’autres maladies neurodégénératives à des stades précoces.