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> Rapport écrit du projet

" Les activités cérébrales sont une géographie mouvante où les grands sites et leurs connexions sont incertains, flexibles, nomades. "

Éric Fottorino, Voyage au centre du cerveau

Sommaire

> Article 1
La brique du cerveau

 

> Article 2
Fascinante mémoire!

 

> Article 3
Les mécanismes moléculaires de la mémoire

 

> Article 4 Alzheimer: terrible mort neuronale

 

> Article 5
Bêta-amyloïde: un neuromodulateur négatif

 

> Article 6
Des neuro- modulateurs cholinergiques

 

> Article 7
La neuromodulation in vivo!

 

> Article 8
Ginkgo: neuromodulateur!

 

 

 

 

Notre cerveau est constitué d’un million de milliards de connexions: les synapses! Ces synapses, ce sont nos 100 milliards de neurones qui les établissent entre eux. Lorsque nous mémorisons une information, la synapse entre deux neurones est renforcée: les messages y circulent mieux. Dans la maladie d’Alzheimer, la transmission synaptique ainsi que son renforcement ne peuvent plus se faire adéquatement. Or, certaines substances dites neuromodulatrices positives arrivent à restaurer la transmission synaptique. Le but de ce projet est de tester les propriétés neuromodulatrices de l’extrait de Ginkgo biloba (EGb 761), un des plus puissants neuroprotecteurs in vitro.

Problématique: Les neurones communiquent sans cesse entre eux via leurs synapses par la libération de substances chimiques: les neurotransmetteurs. Il existe différents types de neurotransmetteurs, chacun concentré dans une zone précise du cerveau. Les neurones cholinergiques (utilisant l’acétylcholine comme neurotransmetteur) se retrouvent dans l’hippocampe, zone mémoire du cerveau. Leur rôle: permettre de stocker les informations à long terme dans l’ensemble du cerveau. C’est à ces neurones cholinergiques de l’hippocampe que la maladie d’Alzheimer s’attaque principalement. En effet, cette maladie entraîne l’accumulation de dépôts d’une subs- tance neuromodulatrice négative et toxique nommée b -amyloïde autour de ces neuro- nes. Cette substance cause deux problèmes majeurs: 1) en premier lieu, elle abaisse jusqu’à 90% de leur taux d’acétylcholine de sorte qu’ils ne peuvent plus communiquer avec les neurones de l’ensemble du cerveau: la mémorisation ne peut plus s’établir ; 2) en second lieu, elle attaque les neurones par un processus encore inconnu détruisant des millions de neurones cholinergiques. Or, de récentes études ont prouvé que l’étrange accumulation de b -amyloïde pourrait être causée par un manque en acétylcholine. 75% des personnes âgées présentent une importante baisse de leur taux d’acétylcholine. Lorsque la diminution est marquée, la b -amyloïde s’accumulerait et entretiendrait elle-même son accumulation en abaissant davantage le taux d’acétylcholine. Un axe de recherche prometteur a trait aux produits neuromodulateurs cholinergiques positifs. Ces produits favorisent la transmission synaptique cholinergique en facilitant par exemple une libération accrue d’acétylcholine ou encore en ralentissant sa dégradation. Plus il y a d’acétylcholine, moins il y a de déficits cognitifs et moins il y aurait de b -amyloïde présente. Actuellement, on connaît moins de dix produits dotés de propriétés neuromodulatrices cholinergiques positives. Aucun d’eux n’agit sur le deuxième problème de la maladie d’Alzheimer: la mort neuronale induite par la toxicité de la b -amyloïde. De plus, aucun test n’utilisant uniquement que la mémoire n’est au point pour évaluer différentes substances potentiellement neuromodulatrices cholinergiques.

But: Dans ce projet, j’ai voulu déterminer si l’extrait de Ginkgo biloba possède des propriétés neuromodulatrices cholinergiques positives en testant sa capacité à restaurer la transmission synaptique chez des rats préalablement soumis à l’effet provisoire d’un inhibiteur de la transmission synaptique cholinergique (scopolamine).

Hypothèse: Certains extraits d’origine végétale comme le millepertuis ou la nicotine ont d’importantes propriétés neuromodulatrices positives (respectivement sur la dopamine et sur l’acétylcholine). L’extrait de Ginkgo biloba, le plus puissant produit neuroprotecteur in vitro connu jusqu’ici contre la toxicité induite par la b -amyloïde, pourrait montrer des propriétés neuromodulatrices cholinergiques positives.

Expérimentation: L’expérimentation a eu lieu à l’Hôpital Douglas affilié à l’Université McGill. Elle consiste en un test de reconnaissance d’objet effectué sur des rats. Ce test a l’avantage de ne causer aucun stress aux rats car il utilise le réflexe d’exploration inné chez cet animal. Le test étant effectué comme tel pour la première fois, j’ai dû en élaborer d’abord l’ensemble des paramètres. Cette première phase est cruciale et représente environ 90% du travail d’expérimentation. Le test peut se résumer ainsi. Durant une journée, chacun des rats d’un groupe de 24 s’habitue à une petite chambre de 45cm X 45 cm: c’est la stabulation. Le jour suivant, deux objets identiques sont placés dans la chambre et chacun des rats a deux minutes pour les explorer: c’est la séance d’apprentissage. Une heure plus tard, un des deux objets identiques est remplacé par un nouvel objet et chacun des rats a encore deux minutes pour les explorer: c’est la séance de reconnaissance. Les temps sur lesquels les rats passent à explorer l’ancien et le nouvel objet sont mesurés. Les rats dont la mémoire est intacte passent définitivement plus de temps à explorer le nouvel objet lors de la séance de reconnaissance. Plus de 50 variables sont à contrôler pour garantir la fiabilité des résultats: âge des rats, saturation en odeur, moment de la journée, luminosité, durée du temps de stabulation / apprentissage / reconnaissance, couleur des objets, dimension de la chambre, présence ou non de l’expérimentateur, etc. J’ai répété 9 fois cette étape avec des rats contrôle (n’ayant reçu aucune substance) afin de mettre en place les conditions d’expérimentation adéquates. Je pouvais alors procéder au test avec le Ginkgo biloba. Le même test est effectué sur un groupe de 24 nouveaux rats divisé en 3 sous-groupes. Les groupes #1 et #2 reçoivent une injection de 0,2 mg/kg de scopolamine 30 minutes avant la séance d’apprentissage. Cet alcaloïde de la plante Scopolia carniolica inhibe temporairement la transmission synaptique cholinergique à la manière de la maladie d’Alzheimer et empêche la mémorisation pour un court laps de temps. Le groupe #2 reçoit en plus une injection de 200 mg/kg de Ginkgo biloba. Le groupe #3 reçoit quant à lui une injection d’eau saline et agit comme contrôle. Ce test avec l’extrait de Ginkgo biloba a été répété 3 fois pour valider les résultats. Les données obtenues ont permis de confirmer mon hypothèse. Dans le but de déterminer avec une plus grande exactitude le niveau d’efficacité des propriétés neuro-modulatrices cholinergiques positives du Ginkgo biloba, j’ai voulu par la suite pousser davantage l’expérimentation. Il fallait consolider deux paramètres en particulier, c’est-à-dire préciser plus finement le dosage de la scopolamine et l’intervalle entre l’injection et l’apprentissage. En effet, lors du test avec le Ginkgo biloba, la dose de 0,2 mg/kg de scopolamine 30 minutes avant l’apprentissage ne bloquait pas en totalité la mémorisation: la transmission synaptique cholinergique n’était pas parfaitement inhibée. Je veux donc m’assurer que la transmission cholinergique de tous les rats soit bloquée temporairement à 100% par la scopolamine. Le contrôle total de ces deux éléments lors du test final sur le Ginkgo biloba permettra alors de rendre compte encore plus exactement du niveau d’efficacité des propriétés neuromodulatrices du produit (faibles / moyennes / fortes).

Résultats et analyse: La phase d’élaboration du protocole a été répétée 9 fois et l’ensemble des paramètres a été établi. Par exemple, après avoir contrôlé les variables, les rats passaient autant de temps lors de l’apprentissage à explorer l’objet de gauche que celui de droite (graphique 1) indiquant qu’ils n’avaient pas de préférence spatiale. Si tel avait été le cas, des sources de biais auraient pu s’infiltrer lors de la reconnaissance : les rats explorant par exemple davantage l’objet de gauche. Également, après avoir ajusté les variables, les rats contrôles passaient davantage de temps (± 8 secondes) à explorer le nouvel objet lors de la reconnaissance peu importe son emplacement, sa taille, sa couleur, etc, indiquant que le test fonctionne. Par la suite, le test du Ginkgo biloba a été répété 3 fois. Un peu plus de la moitié des 24 rats injectés uniquement à la scopolamine (0,2 mg/kg) montrèrent des déficits mnésiques importants: ils passaient autant de temps sur les deux objets lors de la séance de reconnaissance. Le reste du groupe montra cependant des déficits moins évidents, suggérant que la dose n’était pas tout à fait optimale. Les 24 rats injectés à la scopolamine et au Ginkgo biloba (200 mg/kg) ne manifestèrent quant à eux, aucun déficit mnésique (par rapport aux contrôles) ce qui révèle que le Ginkgo biloba a réussi à renverser complètement l’effet neuromodulateur cholinergique négatif de la scopolamine par ses propriétés neuromodulatrices positives (graphique 2). Il aurait donc restauré la transmission synaptique des neurones cholinergiques de l’hippocampe soit en facilitant la libération

 

 

 

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L'art de neuromoduler!

> Rapport écrit du projet

 

 

 

 

 

 

 

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d'acétylcholine, en ralentissant sa dégradation ou encore en favorisant sa réception. Ces résultats très intéressants confirment mon hypothèse de départ et répondent au but de ma recherche. Maintenant, les essais en vue de parvenir à la dose de scopolamine optimale et à l'intervalle idéal entre l'injection et l'apprentissage progressent régulièrement en vue du test final. Il semblerait que 0,2 mg/kg de scopolamine injecté 1 minute avant la séance d'apprentissage ou encore 0,4 mg/kg injecté 30 minutes avant causeraient une amnésie encore plus importante que celle obtenue avec 0,2 mg/kg 30 minutes avant (graphique 3). Cela confirmerait l'effet amnésique de très courte durée de la scopolamine. Lorsque ces facteurs seront complètement maîtrisés et validés, le test final du Ginkgo biloba viendra fournir le degré précis d'efficacité des propriétés neuromodulatrices du produit que le test initial a déjà établies.

En conclusion: Le rôle des neuromodulateurs dans la communication neuronale est tout à fait fascinant! Chacun d'eux a sa façon, son art particulier de neuromoduler. Dans ce projet, j'ai voulu démontrer que l'extrait de Ginkgo biloba a une action neuromodulatrice en le testant contre les effets d'un inhibiteur de la transmission synaptique. Jusqu'ici, ces résultats seraient les premiers démontrant in vivo les propriétés pro-neuronales de l'extrait de Ginkgo biloba. Je suis très satisfait de ces résultats qui permettent: 1) d'ajouter ce produit à la courte liste des neuromodulateurs connus, 2) de disposer d'un test réutilisable pour évaluer d'autres produits neuromodulateurs possibles et peut-être même 3) à plus long terme, de se baser sur un complexe de molécules de différents neuromodulateurs et neuroprotecteurs agissant en synergie dans l'élaboration d'un éventuel médicament contre l'Alzheimer.

"Tout ce que l'on peut imaginer existe."

Pablo Picasso

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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David Laflamme, école Montcalm, expo-sciences 2000,  tous droits réservés.