Cortex péri-tumoral : signaux électrophysiologiques

Peritumoral cortex : electrophysiological signals

• Auteur / Autrice : Belén Díaz-Fernández
• Direction : Gilles Huberfeld, Michel Le Van Quyen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 24/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Recherche en Biologie (Paris ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Kubis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Bénar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catalina Alvarado-Rojas, François Ducray

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Épilepsie

Électrophysiologie

Gliomes

Néocortex

Mots clés libres

Gliome

Epilepsie

Biomarqueur

Electrophysiologie

Glioma

Epilepsy

Biomarker

Electrophysiology

Résumé

Les gliomes cérébraux sont des tumeurs hautement épileptogènes formées d’un noyau macroscopique entouré de tissus infiltrés par des cellules tumorales, le tissu péritumoral. Les processus de croissance de la tumeur et d’épileptogenèse convergent à son niveau. Ce travail à visé à caractériser au plan électrophysiologique le tissu péritumoral. Pendant la chirurgie éveillée des gliomes, lors d’enregistrements électrocorticographiques (ECoG), la tumeur et les zones péritumorales présentent des caractéristiques distinctes dans les composantes périodiques et apériodiques du spectre fréquentiel. Ces différences ont le potentiel de servir de biomarqueurs des zones péritumorales. Bien qu’aucune différence apparente ne soit pas observable entre les zones péritumorales proches et éloignées, il existe une corrélation entre la réduction des rythmes physiologiques et l’infiltration des cellules tumorales. Ces données suggèrent que l’infiltration tumorale ne suit pas une distribution radiale mais se propage guidée par les faisceaux neuronaux et les vaisseaux sanguins. Cette zone clé mais difficile à délimiter entournant les gliomes doit être réséquée pour améliorer à la fois les pronostics épileptiques et oncologiques, ce que sa caractérisation fine doit optimiser. Le tissu péritumoral est aussi le site de genèse des crises épileptiques, dont j’ai caractérisé ex vivo, dans les tissus postopératoires, la dynamique spatiotemporelle. La transition vers la crise, complexe, comprend une augmentation progressive de l’amplitude, de la pente ascendante et de la fréquence d’activité de populations neuronales, spécifiques de la période préictale et initiatrices de la crise une fois déployées, nommées décharges préictales (PIDs). Cette évolution indique une synchronisation et un recrutement neuronaux accrus. Les oscillations à haute fréquence augmentent aussi pendant la période préictale, atteignant leur apogée quelques secondes avant le début de la crise. Les PIDs et les oscillations à haute fréquence suivent une propagation spatiale progressive, ces dernières se limitant à des microdomaines de moins de 200 μm, soulignant l’importance d’améliorer la résolution spatiale pour les capturer précisément. Étant donné l’évolution temporelle et spatiale commune des toutes ces activités, il est plausible que des mécanismes communs de plasticité synaptique excitatrice sous-tendent leur génération. Ces dynamiques complexes peuvent être utilisées pour développer des algorithmes de détection des périodes à haut risque de crises chez les patients. Ce travail de caractérisation électrophysiologique du tissu péritumoral, in vivo et ex vivo permettra de développer des outils de détection pour optimiser la chirurgie et pour mieux comprendre les interactions entre cellules tumorales et micro-environnement neuronal.

Brain gliomas are highly epileptogenic tumors formed by a macroscopic core and by the surrounding tissue infiltrated by tumor cells, called the peritumoral tissue. At this level, the tumor growth and the epileptogenesis converge. The aim of this work was to characterize electrophysiologically the peritumoral tissue. During awake glioma surgery cortical EEG recording (ECoG), the tumor and peritumoral areas exhibit distinctive features in the periodic and aperiodic components of the frequency power spectrum. These differences have the potential to serve as biomarkers of the peritumoral areas. Although no apparent differences are noticeable between close and far peritumoral areas, a correlation exists between the reduction of physiological rhythms and the infiltration of tumor cells. These data suggest that infiltration do not follow a radial distribution but spread guided by neural bundles and vessels. This key but challenging to delineate zone surrounding gliomas must be removed to improve both epilepsy and oncological outcomes, which requires its accurate characterization. The peritumoral tissue is also the site of epileptic seizure genesis. I have characterized ex vivo, in postoperative tissues, its spatiotemporal dynamics. The complex transition to seizure involves a progressive increase in the amplitude, upward slope and frequency of neuronal populations activity, specific to the preictal period and triggering the seizure once mature, called preictal discharges (PIDs). This evolution indicates increased neuronal synchronization and recruitment. High frequency oscillations also intensify during the preictal period, suggesting gradual neuronal recruitment and activation of small networks responsible for high frequency oscillations generation, peaking seconds before the seizure onset. PIDs and high frequency oscillations follow a progressive spatial spreading. However, high frequency oscillations are confined to microdomains smaller than 200 μm, underscoring the importance of enhancing spatial resolution to capture them accurately. Given the shared temporal and spatial evolution of all these activities, it is plausible that common mechanisms based on excitatory synaptic plasticity underlie their generation. These complex dynamics can be used to develop algorithms for detecting seizure high-risk periods in patients, thereby advancing our understanding of the pathophysiological mechanisms implicated in seizure generation. This electrophysiological characterization of peritumoral tissues, both in vivo and ex vivo, will enable us to develop detection tools to optimize surgery and better understand the interactions between tumor cells and the neuronal microenvironment.