Impacts de l'irradiation ciblée sur le tissu cérébral et les déficits cognitifs : études multiparamétriques et longitudinales chez le rat

Impact of targeted irradiation on the healthy brain tissue and cognition : a multiparametric and longitudinal study in the rat

• Auteur / Autrice : Fatima azzahra Dwiri
• Direction : Omar Touzani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 11/07/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie et stratégies thérapeutiques pour les cancers et tissus cérébraux (Caen ; 2017-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Fréret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fawzi Boumezbeur, Céline Didelot, Elodie Pérès, Christelle Durand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fawzi Boumezbeur, Céline Didelot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie par résonance magnétique

Cognition

radiothérapie

Tumeurs cérébrales

Mots clés libres

Irradiation ciblée

Modèle préclinique

Radiotherapy

Targeted irradiation

Brain tumor

Magnetic resonance imaging

Preclinical model

Cognition

Résumé

Bien que la radiothérapie, traitement incontournable en neuro-oncologie, améliore la survie des patients, elle affecte de manière considérable le tissu cérébral sain avoisinant la tumeur conduisant à des déficits cognitifs qui sont retrouvés chez 50 à 90 % des patients. Les avancées technologiques réalisées lors de la dernière décennie ont permis de concevoir de nouvelles techniques d’irradiation avec des propriétés balistiques prometteuses. Cependant, leurs intérêts pour prévenir la radiotoxicité cérébrale reste à démontrer, en s’appuyant notamment sur des recherches précliniques pour lesquelles l’utilisation de ces techniques de radiothérapie est fragmentaire à ce jour. L’objectif de ces travaux de thèse a été de caractériser, chez le rat adulte sain ou porteur d’une tumeur cérébrale, les effets de l’irradiation cérébrale ciblée sur l’intégrité tissulaire et les déficits cognitifs, d’une part de manière multiparamétrique via l’utilisation de l’imagerie IRM, de différents tests comportementaux ainsi que des analyses immunohistologiques, et d’autre part de manière longitudinale avec un suivi des animaux jusqu’à 6 mois après irradiation. Collectivement, nos données montrent, comme attendu et en accord avec la littérature, que l’irradiation du cerveau sain entier engendre des déficits dans les processus d’apprentissage, de mémorisation et d’émotion, et ceci pendant les phases aiguës et chroniques. De même, ce paradigme d’irradiation est associé à des altérations du tissu cérébral. Cependant, et d’une manière un peu surprenante par rapport à notre hypothèse de départ, l’irradiation d’un seul hémisphère n’a pas modifié de façon significative les performances cognitives évaluées et n’a pas altéré l’intégrité du tissu cérébral. Les résultats obtenus dans le modèle de tumeur cérébrale montrent des déficits cognitifs suite à une irradiation cerveau entier, lesquels sont aussi observés avec l’irradiation hémisphérique mais avec des effets moindres. Malheureusement, du fait des effectifs faibles au sein des groupes expérimentaux, il est difficile de conclure sur le fait que les déficits cognitifs radio-induits observés soient exacerbés en présence de tumeur.

Although radiotherapy, an essential treatment in neuro-oncology, improves the survival of patients, it significantly affects the surrounding healthy brain tissue, leading to cognitive deficits found in 50 to 90% of patients. Technological advancements made in the last decade have allowed the development of new irradiation techniques with promising ballistic properties. However, their potential for preventing cerebral radiotoxicity remains to be demonstrated, relying mainly on preclinical research, for which the use of these radiotherapy techniques is currently fragmented. The objective of this thesis work was to characterize the effects of targeted brain irradiation on tissue integrity and cognitive deficits in healthy adult rats and rats bearing brain tumor. This characterization was done through multiparametric imaging using MRI, various behavioral tests, as well as immunohistological analyses. Furthermore, a longitudinal approach was employed, with the animals being monitored up to 6 months after irradiation. Collectively, our data demonstrate, as expected and in accordance with the literature, that whole-brain irradiation leads to deficits in learning, memory, and emotion processes, both during acute and chronic phases. Similarly, this irradiation paradigm is associated with alterations in brain tissue. However, somewhat surprisingly compared to our initial hypothesis, irradiation of a single hemisphere did not significantly modify the evaluated cognitive performances or compromise tissue integrity. In the brain tumor model, cognitive deficits were observed following whole-brain irradiation, which were also present with hemispheric irradiation but with lesser effects. Unfortunately, due to low sample sizes within the experimental groups, it is difficult to conclude whether the observed radio-induced cognitive deficits are exacerbated in the presence of a tumor.