Deciphering the morphological alterations of blood microcirculation and perivascular spaces in cerebral amyloid angiopathy: 3D reconstruction and analysis from human brain tissue samples

Résumé

Décrypter les altérations morphologiques de la microcirculation sanguine et des espaces périvasculaires dans l’angiopathie amyloïde cérébrale : reconstruction et analyse 3D à partir d’échantillons de tissus cérébraux humains

L’angiopathie amyloïde cérébrale (CAA) est une maladie touchant les petits vaisseaux du cerveau, i.e. dont le diamètre est typiquement inférieur a` 100 µm. Elle se caractérise par l’accumulation d’une protéine neurotoxique, l’amyloïde-β, dans les parois de ces vaisseaux. Malgré son implication dans des événements pathologiques comme les hémorragies cérébrales, cette maladie a été négligée en raison de la complexité et de la petite taille des vaisseaux qui ne peuvent pas être observés avec des méthodes d’imagerie in-vivo, chez l’homme, en raison de leur trop faible résolution spatiale. Mon travail de thèse a pour but de comprendre l’influence de l’architecture vasculaire dans la progression de cette maladie. Pour cela, j’étudie les changements morphologiques et topologiques de la microcirculation à partir de données humaines post-mortem acquises par S. V. Veluw et L. Munting, collaborateurs du groupe Accidents Vasculaires Cérébraux hémorragique, au Massachussetts General Hospital (MGH) et à l’Université d’Harvard.

Nous avons développé un ensemble de méthodes permettant d’extraire les vaisseaux à partir d’images vasculaires obtenues par Microscopie à Feuille de Lumière, puis de reconstruire un réseau vasculaire sous forme de graphe. Nous avons ensuite étudié l’architecture de ces réseaux et, plus particulièrement, leur structure arborescente, dans des conditions saines et malade. D’autres spécificités de la maladie, comme l’élargissement des espaces périvasculaires, qui entourent certains vaisseaux sanguins, ont également été étudiés et corrélés à l’architecture vasculaire.

Nous avons mis en évidence des altérations morphologiques des vaisseaux sanguins dans les espaces périvasculaires élargis, telles que la présence de vaisseaux sinusoïdes ou en forme d’hélices, dont la tortuosité est corrélée a` la taille de l’élargissement périvasculaire. Nous avons aussi montré que ces vaisseaux anormalement tortueux présentent une diminution de leur connectivité avec le réseau microvasculaire environnant. Ces résultats appuient l’idée que les processus pathologiques locaux (remodelage vasculaire et élargissement périvasculaire) les altérations morphologiques des vaisseaux sanguins peuvent entrainer des modifications de l’hémodynamique à distance, en altérant les propriétés de connectivité du réseau vasculaire, avec des conséquences à long terme sur les tissus environnants.

Dans un second temps, nous avons extrait les structures arborescentes et étudié leurs caractéristiques pour proposer une classification en artères et veines. Cette classification ouvre des perspectives pour la simulation de l’écoulement sanguin à l’aide d’un modèle non linéaire de type réseau prenant en compte les propriétés rhéologiques complexes du sang dans la microcirculation, pour capter les variations de pression et de débit, et étudier l’impact de la réorganisation topologique du réseau sur les écoulements et transferts microvasculaires dans l’angiopathie amyloïde.