Image1: imagerie anatomique et fonctionnelle du cerveau humain.

Images cérébrales obtenues au même niveau anatomique chez un même sujet par la mise en oeuvre de deux techniques d'imagerie médicale.
A gauche: imagerie par résonance magnétique anatomique (IRMa) - à droite: tomographie par émission de positons (Positon Emission Tomography, PET). Ces deux techniques, très complémentaires, sont de plus en plus utilisées en combinaison en neurologie - mais également en chirurgie interventionnelle et en recherche fondamentale (Remy P., Hantraye P., Samson Y. La tomographie par émission de positons, un outil de recherche fondamentale devenu indispensable à la recherche clinique: l'exemple des greffes neuronales dans la maladie de Parkinson, Médecine Sciences 4: 490-495, 1999).
Tandis que l'IRM fournit, avec une précision de l'ordre du millimètre, une image tridimensionnelle de l'organisation anatomique du cerveau d'un sujet, la TEP, elle, permet de rendre compte de l'état d'activité (codé en fausses couleurs) des grandes fonctions cérébrales chez le même patient. A la différence de l'IRM, cette dernière technique nécessite d'utiliser des marqueurs radioactifs émetteurs de positons (radio traceurs) qui peuvent être des médicaments ou des analogues/précurseurs de neuromédiateurs - dans la distribution cérébrale et détectables de l'extérieur - de façon totalement non traumatique.
Sur l'image IRM représentée à gauche (l'avant du cerveau est situé en haut, l'arrière en bas - par convention), on fait aisément la différence entre la substance grise (les corps cellulaires) et la substance blanche (correspondant aux grands faisceaux de fibres), ce qui permet une excellente reconnaissance des différentes structures cérébrales. Ainsi, à la périphérie, on reconnaît le cortex cérébral avec ses nombreux sillons qui pénètrent assez largement, et au centre, deux structures sous-corticales importantes, le striatum (indiqué par une flèche rouge) et le thalamus, situé plus en arrière.
Sur l'image TEP (à droite), obtenue à un niveau anatomique correspondant strictement à celui de l'IRM, en utilisant comme marqueur radioactif un précurseur fluoré de la dopamine (18F-Fluorodopa), on peut remarquer que le maximum de radioactivité (représenté en rouge sur l'échelle de couleur) est observé dans le striatum - ce qui indique que cette région présente une certaine activité du système dopaminergique. Par comparaison, on peut voir que le cortex cérébral présente, en revanche, une activité dopaminergique presque négligeable (représentée en bleu/vert sur l'échelle de couleurs).

Image 2: imagerie cérébrale

Sur cette image, les deux modalités IRM et TEP sont combinées, afin d'identifier directement l'aspect anatomique et fonctionnel dans une même région cérébrale. Les avancées récentes de l'imagerie médicale sont liées au développement de logiciels spécialisés, très performants, autorisant une représentation en trois dimensions de ces images multimodalités. Cette représentation tridimensionnelle du cerveau permet de naviguer à volonté dans toutes les directions et selon tous les plans de coupes nécessaires d'un sujet - ce qui facilite le repérage et l'identification d'éventuelles anomalies, que celles-ci soient d'origine anatomique ou fonctionnelle.

Image 3: dégénérescence du système dopaminergique dans la maladie de Parkinson.

Ces trois images TEP obtenues en utilisant le marqueur dopaminergique 18F-Fluorodopa, résument l'histoire naturelle de la maladie de Parkinson, une maladie neurodégénérative caractérisée par une perte progressive des neurones à dopamine du cerveau. On voit sur l'image de gauche, un exemple de fixation normale de ce traceur dans le striatum - chez un sujet témoin. Les deux zones blanches (maximum de radioactivité) observables au centre de cette image tomographique correspondent aux deux striata des régions impliquées dans le contrôle du mouvement et qui reçoivent les axones en provenance des cellules à dopamine. L'image du centre a été obtenue chez un malade présentant une forme débutante de la maladie. On note une très forte baisse, bilatérale, du marquage des striata - ce qui traduit qu'une forte dégénérescence du système dopaminergique a déjà eu lieu chez ce malade. L'image de droite, qui est associée avec une disparition quasi complète du signal dans le striatum gauche et une baisse très marquée dans le striatum droit, a été obtenue chez un malade présentant une forme plus évoluée de la maladie. Ces images, quantitatives, de la fonction dopaminergique régionale - permettent d'établir des relations directes entre un certain degré d'atteinte de la fonction dopaminergique et la sévérité plus ou moins grande des symptômes associés à un stade donné de la maladie.

Image 4: suivi de l'effet des greffes neuronales in vivo par TEP.

Cette série de quatre images résume l'évolution de la fonction dopaminergique striatale chez un patient atteint de maladie de Parkinson, avant (image de gauche) et 3, 6 et 12 mois après que celui-ci ait reçu une greffe de cellules dopaminergiques dans un striatum (images suivantes). Avant greffe, l'imagerie TEP avait permis de constater une disparition presque complète du signal 18F-Fluorodopa chez ce malade - qui d'autre part présentait une forme très évoluée de la maladie. Dès le 3ème mois et se poursuivant jusqu'à 12 mois après la greffe de neurones embryonnaires dopaminergiques, on constate, du côté transplanté, une augmentation du signal TEP correspondant à la greffe (flèches) qui s'accompagnait en parallèle d'une amélioration clinique significative (Remy P. et al., Clinical correlates of 18F-Fluorodopa uptake in five grafted parkinsonian patients. Ann. Neurol., 38: 580-588, 1995).

Image 5: greffe neuronale dans la maladie de Huntington.

Image de fusion TEP/IRM obtenue chez un patient atteint de maladie de Huntington et ayant reçu un an auparavant une greffe neuronale dans un striatum (flèche jaune). La maladie de Huntington est une maladie neurodégénérative, d'origine génétique, causée par la mutation d'un gène codant pour une protéine huntingtine de fonction encore inconnue. Sur le plan neuropathologique, cette maladie se caractérise par une dégénérescence progressive du striatum - une région impliquée de façon très importante dans le contrôle de fonctions motrices et cognitives. Sur le plan clinique, l'atteinte striatale se traduit chez les malades par l'apparition de mouvements anormaux involontaires et des troubles majeurs de l'organisation et de la planification. En remplaçant les neurones ayant disparu par d'autres neurones non porteurs de la mutation, la greffe neuronale tente de reconstruire une "circuiterie" neuronale normale du cerveau malade (Peschanski M., Césaro P., Hantraye P. Rationale for intrastriatal grafting of striatal neuroblasts in patients with Huntington's disease, Neuroscience 68: 273-285, 1995). Si les essais chez l'animal se sont révélés très encourageants (Palfi et al. Fetal striatal allografts reverse cognitive deficits in a primate model of Huntington's disease, Nature Medicine 4, 963-966, 1998), l'application clinique chez les malades, menée à l'hôpital Henri Mondor et dans l'unité INSERM U421 de Créteil (http://www.im3.inserm), débute à peine.

Image 6:

A gauche: coupe de tissu de mésencéphale humain chez un sujet témoin (gauche) ou atteint de maladie de Parkinson (droite). Chez le sujet témoin, on observe une zone noire appelée substance noire qui contient des cellules dopaminergiques riches en neuromélanine (pigment noir). Chez le sujet parkinsonien chez lequel ces cellules dégénèrent, on ne voit plus ces cellules à neuromélanine.

A droite: sur les mêmes coupes, on a réalisé un marquage des neurones dopaminergiques avec de la neurotensine radioactive, un neuropeptide dont les récepteurs sont situés sur les cellules dopaminergiques. On observe un marquage important chez le sujet témoin et une disparition presque complète chez le parkinsonien, indiquant la perte des neurones dopaminergiques (Rostène W., Quirion R., Beaudet A. et Mazière B. Images des récepteurs des messagers chimiques et des médicaments dans le cerveau. Médecine Sciences, 1: 419-424, 1985).

Image 7: marquage radioautoradiographique de l'apamine tritiée sur le cerveau de rat.

Marquage radioautoradiographique de l'apamine tritiée sur le cerveau de rat.
L'apamine (extrait du venin d'abeille) se fixe principalement sur le cortex cérébral et les régions sous-corticales ainsi que le cervelet. En se fixant, l'apamine bloque des canaux ioniques potassium-dépendants impliqués dans la transmission nerveuse rendant compte de certains symptômes liés à une piqûre d'abeille (picotements, gêne respiratoire).