Histopathologie virtuelle de la maladie d’Alzheimer

Virtual histopathology of Alzheimer's disease

• Auteur / Autrice : Matthieu Chourrout
• Direction : Fabien Chauveau, Isabelle Quadrio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie pour le vivant
• Date : Soutenance le 11/10/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon (Bron ; Saint-Priest-en-Jarez ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : David Meyronet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Chauveau, Isabelle Quadrio, Anne Bonnin, Asuncion Carmona, Sam Bayat, David Rousseau, Marlène Wiart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Bonnin, Asuncion Carmona

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement d'images

Tomographie

Histologie 3D

Alzheimer, Maladie d'

Mots clés libres

Maladies neurodégénératives

Imagerie par rayons X

Traitement d’images

Histologie

Dementia

X-ray imaging

Image processing

Histology

Résumé

La maladie d’Azheimer est la maladie neurodégénérative la plus fréquente chez les per-sonnes âgées. Dans sa progression, 2 protéines anormales s’agrègent : l’amyloïde-β en plaques amyloïdes, et la protéine tau phosphorylée en dégénérescences neurofibrillaires. Deux hypothèses décrivent la progression de la maladie : la cascade amyloïde et la déré-gulation des métaux. Son diagnostic est difficile ; des techniques in vivo existent mais la confirmation se fait au décès du patient, à partir de lames de microscope : c’est l’histologie. Dans cette thèse, les échantillons de cerveau sont imagés en 3D et étudiés numériquement : c’est l’histologie virtuelle. Pour cela, nous utilisons la tomographie par contraste de phase des rayons X. Après l’introduction à la maladie d’Alzheimer et à la tomographie X, quatre études sont rapportées. La première étude s’intéresse aux faisceaux de matière blanche. Nous avons démontré que leur signal dans nos images provient de la myéline, et étudié les lésions dans 3 modèles pathologiques. Dans la deuxième étude, nous avons mesuré en 3D les plaques amyloïdes dans des souris transgéniques grâce à des outils libres. La troisième étude nous a appris que nous voyons les plaques grâce aux métaux qu’elles accumulent. Dans la dernière étude (en cours), nous avons constitué une cohorte de patients atteints d’angiopathie cérébrale amyloïde : l’amyloïde se retrouve dans les vaisseaux sanguins, que nous étudions par histologie virtuelle. Sur l’ensemble de ces travaux, nous avons montré le potentiel (pré-)clinique de la tomogra-phie à contraste de phase des rayons X dans l’étude de la maladie d’Alzheimer. Nous avons développé des outils spécifiques au traitement de ces données, qui pourront servir à la communauté.

Alzheimer’s disease is the most frequent dementia among the elderly, as it affects more than 30 million people worldwide. Its pathological pathway involves the aggregation of two abnormal proteins: amyloid-β into amyloid-β plaques and phosphorylated tau into neurofibrillary tangles. Two hypotheses describe Alzheimer’s pathology: the amyloid cascade and the metal dysregulation. Its diagnosis is difficult; a few in vivo techniques but it is only confirmed at death, upon the analysis of microscope slides: this is histology. In this thesis, the brain samples were not sliced; instead, they were imaged in 3D and studied digitally: this is virtual histology. To do so, we used x-ray phase-contrast tomography. Following an introduction to Alzheimer’s Disease and x-ray phase-contrast tomography, four studies from the thesis are reported in the manuscript. The first study focused on white-matter-tracts. We proved that their signal in our images comes from myelin, and we studied lesions from 3 pathological models. In the second study, we performed 3D measurements on amyloid-β plaques in the brains of transgenic mice with free open-source software. The third study revealed that the amyloid-β plaques are detected in our images because of the metals they entrap. In the (ongoing) fourth study, we built a cohort of patients with cerebral amyloid angiopathy: amyloid deposits are found in the blood vessels, that we could study by virtual histology. Through this work, we highlighted the contribution of x-ray phase-contrast tomography to the (pre-)clinical study of Alzheimer’s disease. We also developed specific tools and processing pipeline for the analysis of these data.