Edited in vivo NMR spectroscopy, coupled with multiparametric MRI to locate the epileptogenic zone in an animal model of focal epilepsy
Spectroscopie RMN in vivo éditée, couplée à de l’IRM multiparamétrique pour localiser la zone épileptogène dans un modèle animal d’épilepsie focale
Résumé
Epilepsy is a severe neurological disorder affecting 1% of the population and characterized by spontaneous recurrent seizures. For some individuals with pharmaco-resistant epileptic syndromes, surgical resection of the epileptogenic zone (EZ) – the brain region initiating seizures – is considered when treatments fail to control seizures. Post-surgery, around 70% of patients experience no further seizures. Identifying the EZ accurately through initial assessments involving electroencephalography (EEG) recordings and various imaging techniques is critical. In complex cases, intracerebral electrode recordings (iEEG) are utilized for precise delineation of the EZ and its boundaries, despite the method's limitation to study only a small cortex portion around the electrodes.The research project focuses on improving EZ characterization in pharmaco-resistant focal epilepsies through metabolomics, using nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) coupled with multiparametric MRI. It employs non-targeted metabolomics to obtain the metabolic signature of the EZ from intact brain tissue samples of epileptic animals, identifying discriminating metabolites without prior hypotheses. These findings then guide targeted metabolomics, analyzing specific metabolites in vivo, to develop a non-invasive biomarker for the EZ that could enhance pre-surgical assessments. Combining metabolomic analyses with multiparametric MRI could help identify the epileptogenic nature of cortical lesions, potentially improving surgical outcomes and expanding treatment possibilities for complex epilepsy cases.Preliminary results in a mouse model of mesio-temporal epilepsy (MTLE) induced by intra-hippocampal kainic acid injection demonstrated a distinct metabolic profile in the EZ, notably an increase in GABA, compared to control animals. This increase was also observed ex vivo and confirmed in vivo through advanced NMR techniques.The goal of this thesis was to have an in vivo NMR strategy for mapping GABA in the brain. This was done by developing a GABA editing Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging sequence, the MEGA-LASER CSI. This included programming the sequence and specific data processing tools, and also evaluating feasibility through in vitro and in vivo studies. The in vivo NMR analysis was completed by EEG and ex vivo HRMAS NMR to validate in vivo NMR results and assess sensitivity, but also immunohistology and Western Blot. Multiparametric MRI data as also acquired to evaluate the predictive accuracy of each method or their combination for identifying the EZ.
L'épilepsie est un trouble neurologique grave affectant 1% de la population et caractérisé par des crises spontanées récurrentes. Pour certains individus présentant des syndromes épileptiques pharmacorésistants, la résection chirurgicale de la zone épileptogène (ZE) – la région du cerveau initiant les crises – est envisagée lorsque les traitements échouent pour le contrôle des crises. Après l'opération, environ 70% des patients ne font plus de crises. Identifier précisément la ZE grâce à des évaluations initiales incluant des enregistrements par électroencéphalographie (EEG) et diverses techniques d'imagerie est crucial. Dans les cas complexes, des enregistrements par électrodes intracérébrales (iEEG) sont utilisés pour une délimitation précise de la ZE et de ses frontières, mais la iEEG ne permet d’étudier qu’une portion très limitée de cortex autour de l’électrode.Ce projet de recherche se concentre sur l'amélioration de la caractérisation de la ZE dans les épilepsies focales pharmacorésistantes par la métabolomique, en utilisant la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) couplée à l'IRM multiparamétrique. La métabolomique non ciblée est utilisée pour obtenir la signature métabolique de la ZE à partir d'échantillons de tissu cérébral intact d'animaux épileptiques, identifiant les métabolites discriminants sans hypothèses préalables. L’identification de ces métabolites permet ensuite de guider la métabolomique dite « ciblée ». Combiner les analyses métabolomiques avec l'IRM multiparamétrique pourrait aider à identifier la nature épileptogène des lésions corticales, améliorant potentiellement les résultats chirurgicaux et élargissant les possibilités de traitement pour les cas d'épilepsie complexes.Les résultats préliminaires dans un modèle de souris d'épilepsie méso-temporale (MTLE) induite par injection intra-hippocampique d'acide kaïnique ont démontré un profil métabolique distinct dans la ZE, notamment une augmentation du GABA, par rapport aux animaux témoins. Cette augmentation a également été observée ex vivo et confirmée in vivo.L'objectif de cette thèse était de disposer d'une stratégie de RMN in vivo pour cartographier le GABA dans le cerveau. Cela a été réalisé en développant une séquence d'imagerie spectroscopique par résonance magnétique d'édition du GABA, la CSI MEGA-LASER. Cela a inclus la programmation de la séquence et des outils spécifiques pour le traitement des données, ainsi que l'évaluation de la faisabilité par des études in vivo. L'analyse par RMN in vivo a été complétée par des analyses EEG et par RMN HRMAS ex vivo pour valider les résultats de la RMN in vivo et évaluer la sensibilité, mais aussi par de l’immunohistologie et des Western Blots. Des données d'IRM multiparamétrique ont également été acquises pour évaluer l’utilisation de cette technique combinée avec l’imagerie spectroscopique afin d’identifier la ZE.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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