Des chercheurs de l'Institut du Cerveau et du CHU Sainte-Justine de Montréal révèlent pour la première fois les étapes clés de la construction vasculaire du cerveau, de la naissance à l'âge adulte. Grâce à un atlas numérique 3D baptisé Lambada, ils montrent que cette vascularisation ne progresse pas de manière continue, mais se caractérise par trois phases distinctes, intimement liées à la maturation des circuits neuronaux. Ces résultats sont publiés dans Cell.
Un réseau de vaisseaux sanguins essentiel au fonctionnement du cerveau
Le cerveau contient environ 600 kilomètres de vaisseaux sanguins. Cette véritable autoroute biologique permet d’acheminer l’oxygène et les nutriments nécessaires au fonctionnement des neurones.
Pendant longtemps, la recherche s’est principalement concentrée sur les cellules nerveuses elles-mêmes. Pourtant, les neurones et les vaisseaux sanguins sont étroitement liés. Sans vascularisation adaptée, les cellules cérébrales ne peuvent ni se développer correctement ni assurer leurs fonctions.
Comprendre comment ce réseau vasculaire se met en place est donc une question fondamentale en neurosciences. Cette connaissance est d’autant plus importante que de nombreuses maladies du développement cérébral présentent également une composante vasculaire.
Pourquoi étudier les vaisseaux sanguins du cerveau en développement ?
Les chercheurs s’intéressent de plus en plus aux interactions entre les neurones et les vaisseaux sanguins. En effet, plusieurs troubles neurodéveloppementaux, comme l’autisme ou la schizophrénie, pourraient être associés à des anomalies de cette construction conjointe.
Le développement du cerveau ne repose pas uniquement sur la formation des réseaux neuronaux. Il implique également la mise en place d’un système vasculaire capable d’accompagner la croissance de l’organe et de répondre à ses besoins énergétiques croissants.
Comprendre cette « co-construction » entre les neurones et les vaisseaux sanguins permet donc d’obtenir une vision plus complète du développement cérébral et des mécanismes susceptibles d’être perturbés dans certaines pathologies.
Une technologie innovante pour observer le cerveau en trois dimensions
Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont utilisé une méthodologie développée plusieurs années auparavant dans leur laboratoire.
Cette approche repose sur la microscopie 3D à fluorescence, une technique qui permet de visualiser des structures biologiques avec un niveau de détail exceptionnel. Grâce à cette technologie, les scientifiques ont pu scanner une cinquantaine de cerveaux entiers de souris à différentes étapes clés de leur développement.
Ces reconstructions tridimensionnelles ont permis d’observer l’évolution du réseau vasculaire dans son ensemble, ce qui n’avait jamais été réalisé avec une telle précision.
Trois phases majeures dans la construction des vaisseaux sanguins
L’une des découvertes majeures de l’étude concerne le rythme de développement du réseau vasculaire.
Jusqu’à présent, les scientifiques pensaient que la croissance des vaisseaux sanguins était relativement progressive et continue. Les nouvelles observations montrent au contraire que cette construction se déroule selon plusieurs phases d’accélération soudaines, chacune associée à des événements biologiques spécifiques.
Phase 1 : répondre aux besoins d’un cerveau en croissance
La première phase est étroitement liée à la croissance rapide du cerveau et à la réponse à l’hypoxie, c’est-à-dire à un manque relatif d’oxygène dans les tissus en développement.
À ce stade, le réseau vasculaire se développe afin de fournir les ressources indispensables à l’expansion du cerveau.
Phase 2 : accompagner la maturation des synapses
La deuxième phase correspond à une étape clé du développement neuronal : la maturation des synapses.
Les synapses sont les zones de communication entre les neurones. Leur développement nécessite une forte activité biologique et énergétique. Les chercheurs ont observé que l’expansion du réseau vasculaire accompagne précisément cette étape cruciale.
Phase 3 : soutenir l’activité électrique des neurones
La troisième phase intervient lorsque les neurones deviennent pleinement actifs sur le plan électrique.
À ce stade, les besoins énergétiques augmentent encore. Les vaisseaux sanguins poursuivent leur adaptation afin d’assurer un apport suffisant aux circuits neuronaux désormais fonctionnels.
Un atlas inédit pour comprendre les maladies neurodéveloppementales
Au-delà de la description de ces trois phases, les chercheurs ont également bénéficié de données de transcriptomique spatiale fournies par leurs partenaires du CHU Sainte-Justine.
Cette approche permet d’étudier les gènes actifs dans l’environnement immédiat des vaisseaux sanguins à chaque étape du développement.
Les scientifiques ont ainsi pu établir un véritable atlas moléculaire du réseau vasculaire cérébral. Cette ressource constitue une référence précieuse pour comparer un développement normal à celui observé dans certaines maladies.
Comprendre si les altérations sont réversibles
L’un des enjeux majeurs de ces travaux concerne la possibilité d’intervenir précocement dans les maladies neurodéveloppementales.
Une fois le développement terminé, le réseau vasculaire devient relativement stable et conserve son organisation tout au long de la vie.
Les chercheurs cherchent donc à déterminer à quels moments les altérations apparaissent et si elles peuvent être corrigées avant de devenir permanentes.
Cette question est essentielle pour imaginer de futures stratégies thérapeutiques capables de prévenir certaines anomalies avant qu’elles ne s’installent durablement.
Une ressource pour les recherches de demain
L’atlas développé par les chercheurs est déjà utilisé dans de nouveaux projets scientifiques. À l’Institut du Cerveau, une collaboration avec l’Institut de l’Audition vise notamment à comprendre comment la surdité peut influencer le développement du réseau vasculaire cérébral.
Ces travaux illustrent l’importance croissante accordée aux vaisseaux sanguins dans la compréhension du cerveau. Longtemps considérés comme de simples structures de soutien, ils apparaissent désormais comme des acteurs essentiels du développement cérébral.
Grâce à cette étude, les chercheurs disposent aujourd’hui d’un outil de référence unique pour explorer les liens entre vascularisation, développement neuronal et maladies du cerveau. Une avancée majeure qui devrait nourrir de nombreuses découvertes dans les années à venir.
L’équipe "Laboratoire de Plasticité Cérébrale" a pour objectif de développer et d’utiliser une technologie innovante d’imagerie cérébrale en 3D et des outils génétiques afin de :
En savoir plus
