Des scientifiques de l’Université Rice affirment avoir créé le premier atlas moléculaire complet sans étiquettes d’un cerveau atteint d’Alzheimer chez un modèle animal, en combinant l’imagerie Raman hyperspectrale avec l’apprentissage automatique pour cartographier les changements chimiques qui apparaissent de manière inégale dans les régions du cerveau et s’étendent au-delà des plaques amyloïdes.
Des scientifiques de l’Université Rice rapportent avoir examiné des tissus cérébraux provenant d’animaux sains et d’animaux atteints de la maladie d’Alzheimer pour créer un atlas moléculaire sans étiquettes du cerveau. Pour ce faire, l’équipe a utilisé l’imagerie Raman hyperspectrale, une méthode basée sur laser qui détecte les « empreintes chimiques » des molécules. Comme l’approche est sans étiquettes, les échantillons de tissus n’ont pas été traités avec des colorants, des protéines fluorescentes ou des marqueurs moléculaires, ont indiqué les chercheurs. « La spectroscopie Raman traditionnelle prend une mesure d’information chimique par site moléculaire », a déclaré Ziyang Wang, doctorant en génie électrique et informatique à Rice et premier auteur de l’étude. « L’imagerie Raman hyperspectrale répète cette mesure des milliers de fois sur toute une tranche de tissu pour construire une carte complète. Le résultat est une image détaillée montrant comment la composition chimique varie dans différentes régions du cerveau. » Les chercheurs ont indiqué avoir cartographié des cerveaux entiers tranche par tranche, en collectant des milliers de spectres superposés pour générer des cartes moléculaires haute résolution des tissus sains et malades. Pour analyser le grand volume de données d’imagerie, l’équipe a appliqué des méthodes d’apprentissage automatique, d’abord en utilisant des approches non supervisées pour identifier les motifs dans les signaux moléculaires, puis des modèles supervisés entraînés sur des échantillons connus d’Alzheimer et non-Alzheimer pour évaluer dans quelle mesure différentes régions du cerveau reflétaient la chimie liée à Alzheimer. « Nous avons constaté que les changements causés par la maladie d’Alzheimer ne se propagent pas uniformément dans le cerveau », a déclaré Wang. « Certaines régions montrent des changements chimiques forts, tandis que d’autres sont moins affectées. Ce schéma inégal explique pourquoi les symptômes apparaissent progressivement et pourquoi les traitements axés sur un seul problème ont eu un succès limité. » Selon les chercheurs, les résultats suggèrent que les changements chimiques liés à Alzheimer ne se limitent pas aux plaques amyloïdes et incluent des différences métaboliques plus larges. Ils ont rapporté que les niveaux de cholestérol et de glycogène variaient selon les régions, avec les plus grands contrastes dans les zones liées à la mémoire, y compris l’hippocampe et le cortex. « Le cholestérol est important pour maintenir la structure des cellules cérébrales, et le glycogène sert de réserve d’énergie locale », a déclaré Shengxi Huang, professeure associée à Rice et auteure correspondante de l’étude. « Ensemble, ces découvertes soutiennent l’idée que la maladie d’Alzheimer implique des perturbations plus larges de la structure cérébrale et de l’équilibre énergétique, et pas seulement l’accumulation et le pliage incorrect des protéines. » L’étude a été publiée dans ACS Applied Materials and Interfaces. La recherche a été soutenue par la National Science Foundation, les National Institutes of Health et la Welch Foundation, selon le communiqué de l’Université Rice. Wang a déclaré que l’effort a commencé par des mesures sur de petites zones de tissu cérébral et s’est ensuite étendu à la cartographie de cerveaux entiers après plusieurs cycles de tests pour intégrer les mesures et l’analyse.
