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Étapes critiques du protocole
Notre objectif est d’obtenir, caractériser et stocker des tissus de bonne qualité provenant de sujets ayant une histoire détaillée dérivée de l’observation longitudinale. Afin d’atteindre cet objectif, il est nécessaire de traiter les aspects clés suivants. Comme décrit ci-dessus, le protocole commence par le recrutement des donateurs, qui est la première étape cruciale. Ensuite, il est nécessaire que les donateurs poursuivent le programme de suivi et maintiennent l’adhésion au projet au fil du temps jusqu’au don réel du cerveau. Au moment du décès, il est nécessaire que le personnel d’ABB soit rapidement avisé afin de convoquer l’équipe d’autopsie dans les 24 heures, ce qui est important pour une qualité adéquate des tissus. La coupe fraîche des hémisphères cérébraux nécessite une main stable et une formation spécifique. Pour éviter les dommages cellulaires causés par le gel lent et obtenir des tranches de bonne qualité pour le cryostat et omics, il est important qu’ils soient congelés rapidement. Compte tenu de la vitesse de pénétration de la solution de formaline (1 mm/heure), pour préserver l’antigénicité des tissus, le temps de trempage de la seule tranche est maintenu à son minimum.
Dépannage de la méthode
Afin de répondre aux étapes critiques mentionnées ci-dessus, nous offrons l’approche suivante. Recrutement des donneurs et adhésion aux suivis : Il existe plusieurs facteurs qui entravent le don du cerveau, y compris la crainte d’endommager la figure, la pureté et l’intégrité du corps, ou la possibilité de ressentir de la douleur après la mort. Certains craignent même que l’autopsie puisse être menée alors qu’ils sont encore en vie70,71. Des préoccupations concernant la perturbation des arrangements funéraires et le fardeau financier sont également présents72. En outre, le manque de connaissances du personnel médical sur les procédures post mortem et l’incapacité de répondre aux préoccupations des donneurs potentiels ou de leurs NOK peuvent décourager l’enregistrement. Tous ces facteurs peuvent produire un faible niveau de sensibilisation avec un faible nombre de participants inscrits et une forte possibilité de perte de donneurs au fil du temps. En effet, le programme de recrutement des donateurs devrait être efficace pour sensibiliser les gens, inspirer la confiance et convaincre les gens de s’inscrire et de maintenir des taux élevés de participation au suivi. D’après notre expérience, cela se fait par une sélection minutieuse des donateurs potentiels et une explication approfondie des objectifs du BB. Nous offrons des activités éducatives et une approche empathique répondant aux craintes et aux besoins des personnes en bonne santé et des personnes atteintes de maladies neurodégénératives et de leurs familles. Nous constatons que les donateurs potentiels sont plus susceptibles de donner leur consentement lorsqu’ils sont approchés en personne. Une approche en personne crée une relation fondée sur la confiance et le respect mutuels, qui est fondamentale pour atteindre un pourcentage élevé d’inscription au don de cerveau et aux évaluations de suivi. Un personnel hautement qualifié avec un fort sens de l’éthique aborde d’abord le donneur potentiel, discute de la possibilité de donner le cerveau après la mort, explique la valeur du tissu cérébral humain à la recherche neuroscientifique, et clarifie tout doute concernant les procédures post mortem. Le bouche-à-oreille favorable est tout aussi important. Après la récolte du cerveau, une attention et des soins appropriés sont accordés pour recomposer le cadavre. Il est important de montrer du respect et de la gratitude à la personne décédée en traitant le cadavre doucement. Quelques mois plus tard, une réunion est prévue pour communiquer les résultats de l’analyse neuropathologique chaque fois que les membres de la famille le demandent.
L’heure du décès et la récolte du cerveau: Lorsque la personne accepte, ils deviennent un donneur et sont donnés une carte d’identité avec un numéro à contacter 24 heures par jour, 7 jours/semaine (le numéro de réception de l’ASP Golgi-Redaelli Hôpital gériatrique qui est connecté à nous). En outre, une étiquette adhésive est donnée aux parents à utiliser en cas d’hospitalisation. Les agences funéraires de la région ont déjà été informées d’amener le corps dans les installations d’ABB, où l’équipe d’autopsie est convoquée. L’équipe d’autopsie est composée d’un pathologiste, d’un neurologue et/ou d’un neurobiologiste, et d’un technicien de salle anatomique, qui sont de garde tous les jours de 6 h à 23 h; certains étudiants stagiaires sont également fréquemment présents pour aider et prendre des photos.
La précision et la cohérence des nouvelles procédures de coupe sont assurées par la participation des deux mêmes opérateurs (un neurologue et un pathologiste) qui ont développé la méthode et ont plusieurs années d’expérience en neuropathologie. Lors de la congélation des tranches, elles sont mises sur un plateau en aluminium préfrouzen et recouvertes d’une plaque d’aluminium imbriquée pour les garder bien plates. Immédiatement après, ils sont mis dans l’azote liquide pendant 3 minutes, avant de les stocker à -80 °C. Les tranches à fixer sont emballées individuellement dans de la gaze et trempées dans une solution de formaline tamponnée de phosphate de 10 %, qui est remplacée après une journée. Par la suite, ils sont conservés en formaline pas plus de 5 jours supplémentaires; toutefois, étant donné que la solution formaline pénètre à 1 mm/jour, nous aimerions raccourcir davantage le temps de trempage.
Limitations de la méthode
La méthode de recherche décrite ici ne couvre qu’une zone géographique limitée, et les personnes impliquées dans le programme de don possèdent des caractéristiques qui ne représentent pas entièrement la population générale. Bien qu’il soit plus qu’acceptable, un intervalle post mortem pouvant aller jusqu’à 24 heures peut produire des altérations dans certaines structures protéiques, enzymes et ARN des tissus cérébraux. La détermination de l’AFS et du pH peut ne pas être entièrement suffisante pour déterminer la qualité des tissus73 et nous développons d’autres moyens d’authentifier la qualité des tissus en fonction de l’intégrité de l’ARN.
En ce qui concerne la procédure de coupe des microtomes, bien que très utile pour reconstruire les relations anatomiques, il convient de noter que l’utilisation de macrosections n’est pas simple et présente quelques difficultés techniques. Notre méthode est difficile et prend beaucoup de temps. Les coûts sont assez élevés et le financement n’est pas toujours facile. Le financement provient principalement de ressources publiques (ASP Golgi-Redaelli Geriatric Hospital) et privées (Fondation Golgi-Cenci), de dons privés, d’organismes à but non lucratif (p. ex. « Federazione Alzheimer Italia ») et de subventions de participation.
L’importance de la méthode ABB par rapport aux méthodes existantes/alternatives
Au début, notre programme de don de cerveau s’adressait aux personnes participant à l’étude longitudinale InveCe.Ab. En conséquence, les cerveaux donnés sont accompagnés d’informations cliniques, biologiques et sociales détaillées recueillies au fil des ans. La force d’ABB découle précisément de cette origine distinctive. En effet, l’étude d’un groupe de personnes socialement et génétiquement apparentées qui partagent des caractéristiques biologiques et des expositions environnementales améliore l’analyse statistique. En outre, l’étude comprend les avantages suivants : 1) S’occuper des besoins de la communauté (l’acte de « donner avant de demander ») : les personnes reçoivent un contrôle périodique gratuit dont le médecin généraliste est informé, un numéro de téléphone de notre secrétaire est fourni pour les consultations, et les personnes gravement handicapées sont visitées à la maison; 2) Engager les participants, les personnes ayant des rôles publics et les omnipraticiens dans des activités éducatives par l’organisation de séminaires périodiques (liés à la santé du cerveau, au don du cerveau et à la santé générale) et la planification de cours thématiques (p. ex. l’utilisation de dispositifs de technologie de l’information pour les personnes âgées); 3) Rencontrer des gens et adopter une approche en personne. Tous ces éléments constituent la force du projet ABB. De plus, le projet améliore les capacités cliniques du personnel médical impliqué, car il acquière de l’expérience dans les évaluations antemortem et les évaluations neuropathologiques postmortem. À cet égard, nous aimerions mentionner l’expérience très particulière de « l’étude de recherche sur le vieillissement des minorités ». Cette étude a porté sur un nombre limité et sélectionné d’Afro-Américains résidant dans la région de Chicago (784 sur 1 357 sujets admissibles : taux de réponse de 57 %). Les participants ont été visités chaque année à la maison et on leur a demandé de se joindre au programme de don de cerveaux. Cette étude est basée sur une approche inhabituelle avec certaines similitudes avec la nôtre obtenir des pourcentages élevés de réponse positive au programme de don de cerveau (352 donneurs sur 784 participants étaient inscrits: 44%), bien que le taux d’autopsie n’était pas tout à fait satisfaisant (53%)74. Tout comme dans « L’étude de recherche sur le vieillissement des minorités », nous offrons des activités éducatives et une approche empathique, obtenant d’excellents résultats. En particulier, notre taux de réponse est de 93%, le pourcentage d’inscription est de 28,7%, et le taux d’autopsie à l’heure actuelle est de 67%. Ces taux montrent que les projets qui engagent directement les gens ont un pourcentage plus important de dons. D’autres programmes de don de cerveau, avec moins d’attention dans l’établissement d’une relation avec les donateurs potentiels, ont généralement un faible pourcentage d’inscription, étant d’environ 10-15% ou moins73,75.
Il y a peu d’études de cohorte précédentes se terminant par une analyse neuropathologique. En outre, la majorité des banques de cerveaux et des dépôts sont centrés sur la maladie et il ya une pénurie de cerveaux « témoins » de donneurs en bonne santé par rapport au nombre de cerveaux « malades ». Seul un nombre limité de BB sont basés sur des études de population impliquant des sujets malades et normaux afin d’étudier les trajectoires de vieillissement73,74,76,77,78,79,80. Certaines études telles que « L’étude de recherche sur le vieillissement des minorités » aux États-Unis74 et « L’étude Vantaa 85 + » en Finlande76 sont semblables à la nôtre, mais elles ont tendance à s’épuiser avec la fin de la cohorte. Au lieu de cela, le programme de dons d’ABB devrait se poursuivre pendant une longue période à l’avenir, enrôlant les donateurs potentiels et en programmant des suivis même après la fin de l’étude longitudinale InveCe.Ab. Cette approche rend notre méthode de recrutement semblable à celle du programme de don de cerveau de l’Institut de recherche en santé solaire (IRS) qui vise une communauté de retraités73. Le protocole SHRI pour le don de cerveau est très efficace avec l’intervalle post mortem moyen le plus court dans le monde (3,92 heures). Semblable aux plus grands BB dans le monde, le protocole SHRI a simplement coupé le cerveau, le cervelet et le tronc cérébral dans la ligne médiane (plan sagittal), puis une moitié est disséquée fraîche et congelée pour des études biochimiques, tandis que l’autre est fixé en formaline pour l’évaluation histopathologique. Cependant, l’une des forces du protocole de dissection SHRI est la fixation de tranches individuelles au lieu de l’hémisphère entier. En effet, fixer un hémisphère dans son ensemble n’est pas optimal, en raison des différents gradients de fixation entre la surface et le noyau. En outre, les protéines corticales peuvent être affectées par une exposition prolongée à la solution de formaline. Ainsi, la raison pour laquelle nous avons décidé de fixer des tranches individuelles.
La décision quant à quel côté est fixé ou gelé, dépend de la banque singulière (toujours la même, aléatoirement assignée ou assignée selon que le jour de la dissection est impair ou même)31,32,33,34,35. Ainsi, l’analyse biochimique et histopathologique est menée séparément sur chaque hémisphère. Comme de nombreuses maladies neurologiques sont asymétriques, notre BB offre un protocole unique pour trancher des spécimens frais : des sections alternatives du tronc cérébral et de chaque hémisphère de cervelet et de cerveau sont conservées comme matière fixe ou congelée ; une tranche fixe sur un hémisphère correspond à une tranche congelée sur l’autre hémisphère. Notre méthode donne l’occasion d’obtenir une caractérisation histologique complète de tous les matériaux congelés et de comparer les résultats de toutes les zones des deux côtés. Comme dit dans l’introduction, la méthode décrite nous permet d’obtenir autant d’informations que possible à partir du tissu cérébral. En outre, la méthode d’ABB donne une caractérisation neuropathologique de base mais complète, y compris presque toutes les protéines cérébrales connues et la pathologie vasculaire. En raison du rôle controversé des lésions vasculaires dans la détermination des troubles cognitifs, nous avons décidé d’utiliser une double notation pour le fardeau vasculaire30,53.
Comme expliqué dans le protocole, nous utilisons une approche multidisciplinaire. Bien qu’il s’agisse d’une méthode longue et laborieuse, nous croyons qu’elle offre plusieurs avantages pour la recherche. Par exemple, dans un travail précédent, nous avons démontré que le tHcy élevé en soi, ou MTHFR C677T TT associé à l’allèle APOE-ε4, peut être lié à des dysfonctionnements exécutifs plutôt que la perte de mémoire81. Par conséquent, il peut être intéressant d’évaluer les sujets avec ce profil génétique particulier au niveau neuropathologique. Il s’agit d’un exemple de la façon dont un tel suivi approfondi est utile pour créer de nouvelles hypothèses de recherche vérifiables par l’étude des matériaux biologiques recueillis dans notre banque. Une autre démonstration de l’avantage de notre approche est l’inclusion du QEEG dans les évaluations que nous effectuons régulièrement, pour son originalité et la relative facilité d’utilisation. En effet, EEG détecte l’activité synaptique du cortex cérébral en enregistrant les potentiels électriques des dendrites appartenant aux neurones pyramidaux corticaux82. QEEG peut être considéré comme un biomarqueur pour l’estimation de l’activité synaptique corticale qui est liée à la cognition83. En particulier, une diminution des rythmes alpha dans la partie postérieure du cerveau avec une augmentation générale des fréquences inférieures (rythmes theta et delta) a été liée à la rupture de connexion corticale. Il convient de considérer que la plupart des études de corrélation diagnostique ont été basées sur un diagnostic clinique qui n’est qu’un diagnostic probable et non un diagnostic défini84,85,86,87. Seules très peu d’études ciblées ont comparé les données du QEEG à l’image neuropathologique pour étudier la corrélation entre les variantes QEEG et LTS88,89, et la distinction entre FTLD et AD83. En terminant notre étude par une définition du diagnostic neuropathologique, il est alors possible d’interpréter correctement les observations faites sur l’activité électrique cérébrale. En outre, l’exécution de QEEG série dans chaque sujet, nous pouvons suivre la trajectoire intra-individuelle des ondes EEG et leurs corrélations avec l’image neuropathologique. Suivre des modifications individuelles de l’activité électrique corticale au fil du temps peut conduire à une meilleure compréhension de sa signification en tant que biomarqueur pour la démence naissante.
Applications futures et orientation de la méthode
La mise en œuvre de la distribution des tissus est l’un de nos principaux objectifs potentiels. Pour ce faire, nous venons de mettre sur pied une commission scientifique comprenant le directeur de la Fondation GC (gériatre), un universitaire en neurologie de l’Université de Pavia, un neurologue et un pathologiste de la Fondation GC et de l’Hôpital gériatrique ASP Golgi-Redaelli. Lors de la distribution de tissus cérébraux, de diapositives histologiques et d’autres échantillons biologiques, il est important de se rappeler que les donateurs ont accepté le don pour des raisons de recherche. La distribution des documents devrait donc avoir lieu avec prudence, comme le décrit le Code de conduite BNE40. Toute partie qui présente une demande de documents doit indiquer le type et la quantité de l’échantillon nécessaire, fournir une description du projet de recherche et comment les échantillons seront utilisés et, dans la mesure du possible, fournir des preuves de publications antérieures (pour l’accord de transfert, voir la figure 9). La banque de cerveaux ne fonctionne pas pour un gain financier. Ainsi, les frais payés par les chercheurs ne devraient couvrir que les dépenses de l’approvisionnement, du traitement, de l’entreposage et de la distribution de tissus.
Les plans pour commencer à analyser les cas avec le séquençage d’exome et les techniques d’omics, telles que la protéomique et la transcriptomique, sont en mouvement. Notre méthodologie d’échantillonnage alternative permettra d’effectuer des études d’omics sur des tissus histologiquement bien définis des deux hémisphères. Grâce à cette approche, il sera possible de comparer le modèle d’activation des gènes dans différentes zones du cerveau d’un même hémisphère et dans les zones correspondantes de l’autre hémisphère, et d’être en mesure de corréler l’activation des gènes avec l’histopathologie. Dans ce domaine, les applications d’apprentissage profond seraient d’un grand intérêt, y compris l’analyse informatisée des diapositives histologiques et la corrélation de pointe des données cliniques, histologiques et omiques. D’autres corrélations entre de nombreuses variables différentes peuvent être identifiées ainsi que d’autres applications technologiques possibles. La disponibilité de matériaux congelés des deux hémisphères permettra une topographie précise de l’activation des gènes et de la distribution des protéines. Cela sera d’un intérêt particulier, même pour les sujets sains, étant donné que les fonctions cérébrales et certaines maladies sont asymétriques.
En outre, nous pouvons obtenir des cultures cellulaires de donneurs de cerveau bien caractérisés. En effet, les cultures cellulaires des leptomeninges des cerveaux récoltés fournissent des cellules vivantes qui peuvent être utilisées pour une étude plus approfondie de la maladie ou des mécanismes de vieillissement, au moyen de la technologie des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) qui consiste à reprogrammer les fibroblastes leptomeningés et à les différencier en cellules neuronales dans les modèles avancés90.
À mesure que le cerveau vieillit, différents profils de changement peuvent se produire au niveau moléculaire, cellulaire et tissulaire. Chaque cerveau est unique. Chacun a sa propre façon de répondre aux facteurs de stress internes et externes; certains résistent tandis que d’autres succombent et affichent des pathologies distinctes. Des écarts entre la présentation clinique et l’image neuropathologique existent souvent parce que la topographie des lésions, plutôt que leur nature moléculaire, détermine la présentation clinique. Le diagnostic correct et défini ne pouvait être réalisé qu’en combinant le syndrome clinique avec les résultats neuropathologiques qui ajoutent souvent des indices étiologiques importants nécessaires pour démêler la pathogénie des maladies. En Europe, il y a un effort pour créer une approche standard du diagnostic neuropathologique. Notre protocole de diagnostic suit presque complètement les lignes directrices récemment publiées sur le diagnostic neuropathologique pour les banques de cerveau91. Cela nous permettra de collecter et de partager des tissus cérébraux bien documentés, dans le but potentiel d’établir la première banque italienne de cerveaux. En effet, en Italie, il existe des dépôts cérébraux, mais pas des banques de cerveaux basées sur des études de cohorte. Notre objectif est de développer une méthode de récolte des tissus cérébraux qui peut être mise en œuvre dans toute l’Italie, afin d’établir un réseau qui utilise un protocole commun et partage des matériaux comparables. Pour ce faire, la participation d’autres centres de recherche et la création d’un site web spécifique sont parmi les principaux objectifs pour l’avenir.
Des technologies innovantes sont constamment utilisées pour l’analyse de la nature moléculaire des maladies neurodégénératives et pour l’identification des biomarqueurs. Dans ce contexte, il y aura un besoin croissant de cerveaux accompagné d’informations sur les trajectoires cognitives et de vieillissement obtenues par le biais d’études longitudinales, soulignant l’importance d’une approche épidémiologique vérifiée neuropathologiquement92.